Домашние задания: Физика

Помогите решить задачу. Срочно!

Для ферритового сердечника электромагнита температура Кюри равна 764 градуса. За какое время сердечник достигнет температуры кюри, если сила тока 3,7 ампера, напряжение 200 вольт, начальная температура сердечника 24 градуса, его масса 300 грамм, удельная теплоемкость феррита 450 Дж/кг*С. Считайте, что на нагревание сердечника уходит 50% выделяющейся в обмотке электромагнита теплоты.
Дано:
t2 = 764°C
t1 = 24°C
I = 3,7 A
U = 200 B
m = 300 г = 0,3 кг
с = 450 Дж/кг*°С
η = 50% или η = 0,50
_________________
t - ?

1)
На нагревание количество теплоты:
Q = c*m*(t2 - t1) = 450*0,3*(764 - 24) = 99 900 Дж
2)
В обмотке выделится
Q1 = Q / η = 99 900 * 0,5 = 199 800 Дж

Но
Q1 = I*U*t = 3,7*200*t = 740*t Дж

Приравняв, находим время:
Q1 = Q
740*t = 99 900
t = 99 900 / 740 ≈ 135 с или
t = 2 минуты 15 секунд
Ирина Б.
Ирина Б.
73 229
Лучший ответ
Для решения этой задачи необходимо воспользоваться законом сохранения энергии. Выделенная мощность тепла равна:

P = I²R = U²/R

где I - сила тока, U - напряжение, R - сопротивление катушки электромагнита. Сопротивление катушки можно выразить через удельное сопротивление материала и геометрические параметры катушки:

R = ρL/S

где ρ - удельное сопротивление материала, L - длина провода катушки, S - площадь поперечного сечения провода.

Для ферритового сердечника температура Кюри определяет температуру, при которой материал становится парамагнитным. Таким образом, мы можем считать, что теплота, выделяющаяся в сердечнике, уходит на его нагревание, пока не будет достигнута температура Кюри.

Тепло, выделяющееся в сердечнике за время t, будет равно:

Q = Pt

где P - мощность выделяющегося тепла.

Тепло, необходимое для нагревания сердечника с начальной температуры T1 до температуры T2, можно выразить через удельную теплоемкость материала и его массу:

Q = mcΔT

где m - масса материала, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры.

Теперь мы можем приравнять эти два выражения:

Pt = mcΔT

и выразить время, за которое сердечник достигнет температуры Кюри:

t = mcΔT/P

Нам известны все необходимые параметры, кроме изменения температуры. Мы можем выразить его из уравнения для удельной теплоемкости материала:

c = Q/mΔT

ΔT = Q/(mc)

Таким образом, подставляя все значения, получаем:

ΔT = Q/(mc) = 0,5 * I²R * t / (mc) = 0,5 * (3,7 А)² * (200 В)² * t / (0,3 кг * 450 Дж/(кг*С)) = 8,92 * 10^7 *t

764 - 24 = 740 градусов разницы в температуре между начальной и конечной температурой.

Теперь мы можем выразить время, за которое сердечник достигнет температуры Кюри:

t = ΔT / (8,92 * 10^7) = (740 К) / (8,92 * 10^7) = 8,28 * 10^-3 секунды

Ответ: сердечник достигнет температуры Кюри через 8,28 миллисекунды.