6. Електричний нагрівач за 20 хв доводить до кипіння воду, початкова температура якої 10°С. Сила струму в нагрівачі — 7 А, напруга в мережі — 220 В. Визначте масу води у нагрівачі.

Подведенная теплота

Q= 75 кДж  

Согласно Уравнению Менделеева - Клайперона  

PV ~ T  

Откуда  

Tк/Тн = 10/8 = 1,25

Температура выросла , внутренняя энергия тоже выросла.  

Подведенное тепло Q пошло на производство работы A и увеличение внутренней энергии dU.  

Q=A+dU

Политропный процесс  

P*V^n = const  

Откуда  

n = ln(1/8)/ln(1/10) = 0,903

Доля теплоты, расходуемая на работу равна  

A/Q = (k-1)/(k-n)= 0,4 / 0,497 = 0,805

(где k - показатель адиабаты , для воздуха 1,4)  

Доля теплоты, расходуемая на увеличение внутренней энергии равна  

dU/Q = (n-1)/(n-k) = 0,097/0,497 = 0,195  

Работа  

A = 0,805 * 75 = 60,4 кДж

Изменение внутренней энергии

dU = 0,195 * 75 = 14,6 кДж

Мощность P = 6 Вт, площадь пластины S = 10 см², коэффициент отражения R = 0.6

Пусть за время Δt на пластину упали N фотонов, общая энергия всех фотонов E = P Δt, энергия каждого фотона (в предположении, что свет монохроматический) e = E/N = P Δt/N. Импульс каждого налетающего фотона равен п = e/c. Посчитаем, какой импульс налетающие фотоны передали пластине.
- Отражённые фотоны (их было RN) передают пластине импульс Δп = 2п
- Поглощённые фотоны (их было (1-R)N) передают платине импульс Δп = п
Суммарно за время Δt пластине будет передан импульс ΔП = RN * 2п + (1-R)N * п = пN * (2R + 1 - R) = (1 + R) пN = (1 + R) (P/c) Δt

Сила F, действующая на пластину, по второму закону Ньютона
F = ΔП / Δt = (1 + R) * P/c

Давление - сила, отнесённая к площади:
p = F/S = (1 + R) * P / cS = 1.6 * 6 / (3*10^8 * 10*10^-4) = 3.2*10^-5 Па = 32 мкПа

ответ. p = 32 мкПа