В данной задаче Вам необходимо проанализировать возможность проанализировать возможность применения такого прибора в качестве нагревателя и терморегулятора (устройства, поддерживающего постоянную заданную температуру). Далее эту не изменяющуюся температуру будем называть установившейся температурой.

Терморезистор – полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого уменьшается с ростом температуры.

На отдельном бланке №1 показан график зависимости проводимости используемого терморезистора от температуры. Эта зависимость описывается формулой

где - температура терморезистора в градусах Цельсия, , - постоянные коэффициенты.

Справка: Проводимость – величина обратная электрическому сопротивлению .

Единица измерения – сименс (См) .*

В своем решении Вы можете использовать этот бланк,
проводя на нем дополнительные построения.
Не забудьте его сдать вместе с Вашей рабочей тетрадью!

1. Чему равно сопротивление терморезистора при комнатной температуре?
2. Терморезистор подключен к источнику постоянного напряжения . Чему равна мощность выделяющейся теплоты, если температура терморезистора равна комнатной?

Здесь и далее комнатную температуру считайте равной

Терморезистор опущен в сосуд, содержащий воды, которую необходимо нагревать, а затем поддерживать постоянную температуру. Удельная теплоемкость воды , теплоемкостью сосуда и терморезистора можно пренебречь, удельная теплота испарения воды . Нагретая вода остывает из-за потерь теплоты в окружающую среду. Мощность тепловых потерь описывается формулой

где - температура воды в сосуде, - температура окружающей среды, - постоянная величина, которая называется коэффициент теплоотдачи.

1. Найдите численное значение коэффициента теплоотдачи , если известно, что вода в стакане, нагретая до температуры остывает (при выключенном нагревателе) на за 1 минуту.

Далее Вам необходимо исследовать зависимость установившейся температуры воды в сосуде от напряжения , прикладываемому к терморезистору. Напряжение источника, подаваемого на терморезистор, может изменяться от 0 до 30 В.

1. Постройте в тетради (а не на бланке) схематические графики мощности теплоты, выделяющейся при протекании электрического тока через терморезистор и мощности тепловых потерь в окружающую среду от температуры воды. Построения проведите для двух значений напряжения источника, при которых характер процессов нагревания существенно изменяется. Укажите, в чем заключается это изменение.

2. Используя график зависимости проводимости от температуры (бланк №1), найдите примерный диапазон температур, которые могут поддерживаться постоянными рассматриваемым устройством. Также укажите, при каком минимальном напряжении на терморезисторе вода в сосуде сможет нагреться от комнатной температуры до температуры кипения.. Необходимые построения проведите на этом бланке.

3. Рассчитайте зависимость установившейся температуры воды в сосуде от напряжения источника. Постройте график этой зависимости.

4. Напряжения источника выбрано таким, что установившаяся температура воды равна . Оцените, за какое время вода нагревается от комнатной температуры на . Также оцените время , за которое вода нагреется от до .

5. Напряжение источника настроено на установившуюся температуру , однако в сосуд налили воду, масса которой , находящуюся при температуре . При этом оказалось, что вода закипела. Объясните, почему закипела вода. Оцените время , за которое вода нагреется до температуры кипения. Найдите время (от начала закипания) , за которое выкипит вся налитая вода.

Бланк №1

Зависимость проводимости терморезистора от температуры

УТВЕРЖДАЮ
Заместитель председателя оргкомитета заключительного этапа
Республиканской олимпиады Заместитель Министра образования
В.А. Будкевич
«__» ноября 2014 г.

Республиканская физическая олимпиада 2015 год.
(III этап)

Теоретический тур