Условие

Городская олимпиада (3-й этап) 2009 9 класс № 2

В этой задаче Вам необходимо описать нагревание и остывание воды в кастрюле с учетом теплообмена с окружающей средой. Как Вам, наверное, известно, мощность тепловых потерь в окружающую среду пропорциональна разности температур тела и окружающей среды:

где - коэффициент тепловых потерь (постоянная для поверхности некоторого вещества величина); - температура тела; - температура окружающей среды.

В кастрюлю доверху наливают кг воды (удельная теплоемкость Джкг) при и ставят на плиту.

При решении задачи используйте следующие приближения:

  • мощность плиты постоянна;
  • плита передает тепло только кастрюле;
  • температуры воды и кастрюли всегда одинаковы;
  • температура окружающей среды остается всегда постоянной;
  • потери тепла через дно кастрюли отсутствуют;
  • вода не испаряется;
  • теплоемкость кастрюли равна нулю.

2.1 Плитку включили и измерили зависимость температуры от времени. В результате были получены следующие данные. От до вода нагрелась за 51 секунду; от до за 89 секунд; и от до за 339 секунд.

2.1.1 Исходя из этих данных, покажите, что мощность теплопотерь действительно пропорциональна разности температур (формула (1)).

2.1.2 Определите коэффициент тепловых потерь . Укажите размерность этого коэффициента.

2.1.3 Определите, за какое время вода нагревается от до .

2.1.4 Определите, до какой максимальной температуры можно нагреть воду на этой плите.

2.2 После длительного нагревания, плиту выключили, и кастрюля начала остывать. Было обнаружено, что вода остыла от до за 67 секунд; от до за 114 секунд; и от до за 393 секунды.

2.2.1 Покажите, что и в этом случае мощность теплопотерь пропорциональна разности температур.

2.2.2 Определите значение комнатной температуры .

2.2.3 Определите, за какое время вода остывает от до .

2.2.4 Используя данные части 2.1, определите мощность электрической плиты .