Непосредственно при свечении лампы накаливания происходит преобразование электрической энергии (энергии движения электронов) в тепловую (нагрев лампы) и световую (свет лампы). Но если рассматривать вопрос шире - какие преобразования происходят для того, чтобы лампа засветилась - то всё сложнее. Чтобы получить электрическую энергию, нужно в неё преобразовать: или солнечную энергию (солнечные батареи), или тепловую энергию (теплоэлектростанции, где происходит сжигание твердого, жидкого или газообразного топлива с выделением тепла, которое нагревает воду, вода превращается в пар, пар крутит парогенератор с выделением электроэнергии; но для получения исходного топлива была нужна энергия солнца), или энергию воды (гидроэлектростанции, в которых поток воды крутит электрогенератор; поток воды может быть падающим или можно использовать приливную энергию океана), или энергию ветра (ветер крутит генератор), или атомную или ядерную энергию (энергия расщепления или синтеза нагревает воду, а далее как в теплоэлектростанциях).
N - мощность горелки,
t - искомое время,
Q - затраченное количество теплоты.
Разберемся поэтапно с Q.
На что наша горелка будет затрачивать энергию?
- плавление льда: λ m(л)
- нагрев образовавшейся воды до температуры кипения от начальной - нуля: c m(л) (100 - 0) = 100 c m(л)
- нагрев воды, которая уже находилась в сосуде: c m(в) (100 - 0) = 100 с m(в)
Таким образом, Q = λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в).
Запишем найденную формулу Q в формулу мощности:
N = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / t,
откуда искомое время t:
t = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / N.
Упростим выражение (выносим сотню и удельную теплоемкость воды за скобки):
t = ( λ m(л) + 100 c (m(л) + m(в)) ) / N,
t = ( 335*10^3 * 35*10^-2 + 10^2 * 42*10^2 * 9*10^-1) / 1,5*10^3,
t = (117250 + 378000) / 1,5*10^3,
t = (117,25 + 378) / 1,5 ≈ 330,16 c ≈ 5,5 мин