Задание OGEPHYS73F4F5: Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Уравнение теплового баланса:

Нагревают m = 2,2 кг воды от 10 °C до кипения при 100 °C. Сила тока I = 7 А, КПД η = 45% = 0,45. Длительность τ = 20 мин = 1200 с. Удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж·кг⁻¹·°C⁻¹. Воду только доводят до кипения; теплота парообразования не нужна.
Изменение температуры:
Δt = t₂ − t₁.
Δt = 100 °C − 10 °C = 90 °C.
Работа тока A = UIτ. По определению КПД полезная теплота Q = ηA, а для воды Q = cmΔt. Следовательно,
cmΔt = ηUIτ.
Выразим неизвестную величину:
U = cmΔtηIτ.
U = 4200 · 2,2 · 900,45 · 7 · 1200 В = 220 В.
Проверка: теплота нагревания Q = 4200 · 2,2 · 90 = 831600 Дж. Электрическая энергия A = 220 · 7 · 1200 = 1848000 Дж. Полезная её часть 0,45 · 1848000 = 831600 Дж совпадает с Q. Остальная энергия расходуется на нагрев окружающих тел, что согласуется с КПД меньше единицы. Ответ: 220 В.