22. Электрический нагреватель за 10 мин доводит до кипения 2 кг воды, начальная температура которой 25 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потребляемой энергии расходуется не на нагревание воды?

Краткая запись:

• Масса воды (m): 2 кг
• Начальная температура (t₁): 25 °С
• Время нагрева (t): 10 мин = 600 с
• Сила тока (I): 7 А
• Напряжение (U): 220 В
• Удельная теплоемкость воды (c): 4200 Дж/(кг⋅°С)
• Найти: Коэффициент полезного действия (КПД) - ?

Пошаговое решение:

1. Шаг 1: Рассчитываем количество теплоты (Q_воды), необходимое для нагревания воды до кипения (100 °С):
   \[ Q_{воды} = c · m · (t_{кип} - t_1) \]
   \[ Q_{воды} = 4200 \frac{Дж}{кг · °С} · 2 \text{ кг} · (100 °С - 25 °С) \]
   \[ Q_{воды} = 4200 · 2 · 75 \text{ Дж} \]
   \[ Q_{воды} = 630000 \text{ Дж} \]
2. Шаг 2: Рассчитываем общее количество теплоты (Q_нагр), выделяемое нагревателем за 10 минут:
   \[ Q_{нагр} = I · U · t \]
   \[ Q_{нагр} = 7 \text{ А} · 220 \text{ В} · 600 \text{ с} \]
   \[ Q_{нагр} = 924000 \text{ Дж} \]
3. Шаг 3: Рассчитываем коэффициент полезного действия (КПД) нагревателя:
   \[ \text{КПД} = \frac{Q_{воды}}{Q_{нагр}} · 100 \% \]
   \[ \text{КПД} = \frac{630000 \text{ Дж}}{924000 \text{ Дж}} · 100 \% \]
   \[ \text{КПД} \approx 0.6818 · 100 \% \]
   \[ \text{КПД} \approx 68.18 \% \]
4. Шаг 4: Определяем, какая часть энергии расходуется не на нагревание воды. Это потери, которые составляют (100% - КПД):
   \[ \text{Потери} = 100 \% - \text{КПД} \]
   \[ \text{Потери} = 100 \% - 68.18 \% \]
   \[ \text{Потери} \approx 31.82 \% \]

Ответ: Примерно 31.82% потребляемой энергии расходуется не на нагревание воды.