Сформулируем вс задачу: при каком соотношении внутреннего сопротивления и сопротивления нагрузки источник ЭДС отдает максимальную мощность? Рассмотрим цепь, содержащую из источника ЭДС E с внутренним сопротивлением r и сопротивления нагрузки R. Пусть R=kr, тогда нам надо найти значение коэффициента k. Мощность на нагрузке P=U*I=I²R=I²kr. По закону Ома для полной цепи I=E/(R+r)=E/(kr+r), тогда Найдем максимум для P, для чего приравняем к нулю первую производную по k для полученного выражения мощности. Получаетмя, что максимальная мощность отдается источником питания в нагрузку когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника ЭДС. Формула для определения выведена выше.
Энергия, отдаваемая при охлаждении горячей воды, тратится на нагрев чайника. После достижения равновесия температура воды и чайника уравняются, обозначим равновесную температуру за T.
При охлаждении воды массой M1 от температуры T1 до T выделится энергия Q = C1 M1 (T1 - T) При нагреве чайника массой M2 от температуры T2 до T поглотится энергия Q = C2 M2 (T - T2)
Находим из него T: C1 M1 T1 - C1 M1 T = C2 M2 T - C2 M2 T2 C1 M1 T1 + C2 M2 T2 = C1 M1 T + C2 M2 T [*] (C1 M1 + C2 M2) T = C1 M1 T1 + C2 M2 T2 T = (C1 M1 T1 + C2 M2 T2) / (C1 M1 + C2 M2)
Подставляем числа (формула - отношение, поэтому достаточно, чтобы величины имели одинаковые размерности, переводить в СИ необязательно): T = (4200 * 600 * 95 + 400 * 500 * 15) / (4200 * 600 + 400 * 500) = 89 °С
ответ. 89 °C.
Хочу сделать 2 замечания. 1) Исходные температуры были даны с точностью до двух знаков, поэтому у меня в ответе оставлены две значащие цифры. Если подставлять выражение в калькулятор, выйдет 89,117647..., но оставлять слишком большое количество знаков будет ошибкой. 2) Взглянем на выражение, помеченное [*]. Если думать, что нагретое до температуры T тело обладает энергией CMT, то написан закон сохранения энергии: в начальном и конечном состояниях суммарные энергии воды и чайника равны.
0,0(0 оценок)
Полный доступ
Позволит учиться лучше и быстрее. Неограниченный доступ к базе и ответам от экспертов и ai-bota
Оформи подписку
![P'=0; \ (\frac{E^2}{r} \frac{k}{(k+1)^2})'=0; \\ \frac{E^2}{r}*[\frac{1}{(k+1)^2}- \frac{2k}{(k+1)^3}]=0; \\ \frac{1}{(k+1)^2} = \frac{2k}{(k+1)^3}; \ 1= \frac{2k}{k+1} \to k+1=2k; \ k=1](/tpl/images/0279/6354/e3bc6.png)
