Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание № 1081
i

Ак­ку­му­ля­тор, ЭДС ко­то­ро­го ε = 1,5 В и внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние r = 0,1 Ом, за­мкнут ни­хро­мо­вым (с  =  0,46 кДж/(кг · К) про­вод­ни­ком мас­сой m = 36,6 г. Если на на­гре­ва­ние про­вод­ни­ка рас­хо­ду­ет­ся α = 60% вы­де­ля­е­мой в про­вод­ни­ке энер­гии, то мак­си­маль­но воз­мож­ное из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры ΔTmax про­вод­ни­ка за про­ме­жу­ток вре­ме­ни Δt  =  1 мин равно ... К.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

По за­ко­ну Ома для пол­ной цепи:

I= дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон , зна­ме­на­тель: R плюс r конец дроби ,

где R  — со­про­тив­ле­ние во внеш­ней цепи.

Мощ­ность, вы­де­ля­е­мая на про­вод­ни­ке имеет вид:

P=I в квад­ра­те R= дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка R плюс r пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби R,

Мак­си­маль­ное из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры на про­вод­ни­ке будет при мак­си­маль­ной вы­де­ля­е­мой мощ­но­сти. Этому усло­вию со­от­вет­ству­ет зна­че­ние со­про­тив­ле­ния R = r (это будет видно если взять про­из­вод­ную от вы­ра­же­ния для мощ­но­сти по R, и при­рав­нять ее нулю).

Таким об­ра­зом, мак­си­маль­ная мощ­ность в цепи при­ни­ма­ет зна­че­ние: P_max= дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 4r конец дроби .

Мак­си­маль­ное тепло, ко­то­рое вы­де­лит­ся на про­вод­ни­ке за время \Delta t: Q_max=P_max\Delta t.

С дру­гой сто­ро­ны, это тепло пой­дет на на­грев про­вод­ни­ка: Q=Cm\Delta T.

За­пи­шем урав­не­ние теп­ло­во­го ба­лан­са с уче­том того, что не все тепло идет на на­грев про­вод­ни­ка:

 альфа дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 4r конец дроби \Delta t=Cm\Delta T

Те­перь най­дет чему равно из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры про­вод­ни­ка:

\Delta T= дробь: чис­ли­тель: альфа дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 4r конец дроби \Delta t, зна­ме­на­тель: Cm конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 0,6 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1,5 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 4 умно­жить на 0,1 конец дроби умно­жить на 60, зна­ме­на­тель: 460 умно­жить на 0,0366 конец дроби \approx 12К.

Ответ: 12.

Источник: Цен­тра­ли­зо­ван­ное те­сти­ро­ва­ние по фи­зи­ке, 2012
Сложность: III