Экспериментально установлено, что через клеточную мембрану за время t=5,0 мкс проходит n=1250 ионов натрия, заряд каждого из которых равен элементарному. вычислите силу i тока, текущего через мембрану. считая площадь поверхности мембраны равной s=160 мкм^2, вычислите плотность j такого тока.
Q/t = W
За время t нагреватель выделит количество теплоты Q равное
Q = Wt
Коль скоро кпд нагревателя равно η, то часть этой энергии будет передана воде:
Q₁ = ηQ = ηWt
Этой энергии хватило на то, чтобы вода массой m прогрелась с начальной температуры t₁ до температуры кипения 100⁰ С
Q₁ = mC(100 - t₁) = ηWt
откуда для кпд получаем
η = mC(100 - t₁)/Wt
где
m = 2 кг
С = 4200 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость воды
t₁ = 15 C - начальная температура воды
W = 2000 Вт - мощность кипятильника чайника
t = 5 мин = 300 сек - время прогрева воды до температуры кипения
кпд этого чайника равно:
η = 2·4200·(100 - 15)/2000·300 = 697 000/600 000 = 1,19
ответ: таких чайников не бывает.
Даже при 100% кпд кипятильника мощностью в 2000 Вт, всё равно количество тепла в 697 000 Дж, которое необходимо для нагрева 2 литров воды от 15 градусов до 100 градусов, сотворить за 5 минут невозможно: потребуется по крайней мере 697 000/2000 = 349 сек или 5 минут и 49 секунд. Так что либо время не 5 минут, либо вода теплее 15 градусов, либо литров меньше, либо мощность больше.
Ну или чайник надо исследовать на предмет осуществления двигателя первого рода, выделяющего энергии больше, чем потребляет...
Q/t = U²/R
За время t нагреватель выделит количество теплоты Q равное
Q = U²t/R
Коль скоро кпд нагревателя равно η, то часть этой энергии будет передана воде:
Q₁ = ηQ = ηU²t/R
Этой энергии хватило на то, чтобы вода массой m прогрелась с начальной температуры t₁ до температуры кипения 100⁰ С и полностью выкипела.
Q₁ = m(C(100 - t₁) + λ) = ηU²t/R
где
m = 0.5 кг
С = 4200 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость воды
λ = 2 256 000 Дж на кг - удельная теплота парообразования воды
t₁ = 10 C - начальная температура воды
η = 0,6 - кпд нагревателя в долях (не люблю возиться с процентными множителями, они только с толку сбивают)
R = 10 Ом - сопротивление нагревателя
U = 110 В - напряжение питания.
Отсюда время, за которое вода выкипит полностью, равно:
t = Rm(C(100 - t₁) + λ)/U²η = 10*0.5(4200*90 + 2 256 000)/(0.6*110²) = 1814 c = 30 мин
ответ: такой чайник с такой водой выкипит за 30 минут.