Вимоги до виконання завдання

Учасники оцінювання повинні:

Акуратно оформити розв’язання, зробивши чіткі та розбірливі записи і позначення, що не допускають подвійного трактування.

1. Записати умову задачі в скороченому вигляді.

2. Виразити дані величини в одиницях СІ (якщо це необхідно для правильного розв’язання задачі).

3. Якщо потрібно, то виконати рисунок, накреслити схему або графік відповідно до умови задачі з метою побудови моделі явища, виявлення взаємозв’язків і співвідношень між величинами, більш наочного виявлення залежностей між ними. На схемі, рисунку нанести всі важливі для розв’язання задачі позначення.

4. Застосувати закони і закономірності для запису формул та рівнянь, що описують процеси або явища, які розглядаються у задачі, і розв’язання яких необхідно для виконання завдання обраним способом. Зробити необхідні спрощення, припущення, коротко пояснити, прокоментувати зроблене тощо.

5. Провести необхідні математичні перетворення. Записати розв’язок задачі в загальному вигляді.

6. Перевірити правильність одиниці отриманої фізичної величини.

7. Відповідно до умови задачі знайти числове значення шуканих величин або побудувати графік. Проаналізувати одержаний результат, оцінити його вірогідність.

8. Записати відповідь задачі відповідно до вимог умови.

35. Для проведення лабораторної роботи з дослідження ККД установки з електричним нагрівником зібрали електричне коло з джерела постійного струму (1), вимикача (2), амперметра (3) та дротяної спіралі (5). До калориметра (4) налили 180 мл води та встановили термометр (6). Покази термометра до замикання вимикача (2) зображені на фото І. Покази термометра через 20 хвилин після замикання електричного кола зображені на фото ІІ. Визначте (у процентах) ККД даної установки. Сила струму протягом досліду залишалася незмінною. Опір дротяної спіралі дорівнює 2 Ом. Густина води 1000 кг/м³; питома теплоємність води 4,2·10³ Дж/(кг·К), теплоємність калориметра мала.

Розв’язання

V = 180 мл = 1,8·10-4 м3 R = 2 Ом I = 1,5 А T1 = 293 К T2 = 298 К r = 1000 кг/м3 = 103 кг/м3 с = 4200 Дж/(кг × К) = = 4,2·103 Дж/(кг × К) t = 20 хв = 1200 с

Кількість тепла, отримана водою, визначається формулою Q1 = cm(T2 – T1); m = ρV; Q1 = cρV(T2 – T1). Кількість тепла, спожитого електричним нагрівником, визначається законом Джоуля-Ленца Q2 = UIt = I2Rt. За означенням ККД дорівнює відношенню корисно витраченої енергії (отриманої водою кількості теплоти Q1) до загальної кількості теплоти Q2, виділеної нагрівником. ККД установки визначається формулою . Підставимо вирази для Q1 та Q2: .

η – ?

Перевіримо одиницю шуканої величини (ККД):

.

Розрахуємо чисельне значення ККД установки:

; η = 70 %.

Чисельне значення ККД установки є цілком вірогідним, не суперечить фізичному змісту поняття коефіцієнта корисної дії.

Відповідь: ККД установки дорівнює 70 %.

Схема оцінювання

Визначення показів приладів з фотографії; запис умови задачі у скороченому вигляді, введення необхідних позначень; вираження всіх необхідних для розв’язання задачі даних в одиницях СІ.	2 бала
Стисле пояснення обраного методу розв’язання, посилання на закони.	2 бала
Запис закону Джоуля-Ленца.	1 бал
Запис формули для кількості тепла, необхідної для нагрівання води.	1 бал
Вивід остаточної формули для ККД установки у загальному вигляді.	1 бал
Перевірка одиниці коефіцієнта корисної дії.	1 бал
Розрахунок чисельного значення шуканої величини (ККД); оцінка реальності отриманого результату.	1 бал
Чіткий запис відповіді задачі із зазначенням одиниці шуканої величини (ККД).	1 бал
Всього	10 балів