1) Какую энергию преобразовывает электрический ток в нагревательном элементе чайника при закипании указанного объема

1) Электрический ток, протекающий через нагревательный элемент чайника, преобразовывает электрическую энергию в тепловую энергию при закипании воды. Закипание воды сопровождается превращением молекул воды из жидкого состояния в газообразное состояние, что требует постоянного поступления энергии. Эта энергия и вызывает нагрев нагревательного элемента.

2) Количество теплоты, необходимое для достижения точки кипения указанного объема воды, можно рассчитать с использованием формулы:

\[Q = m \cdot c \cdot \Delta T\]

где:
Q - количество теплоты,
m - масса воды,
c - удельная теплоемкость воды,
\(\Delta T\) - изменение температуры.

В данном случае, чтобы достичь точки кипения, температура воды должна измениться с начальной температуры до точки кипения (обычно 100 °C).

3) КПД (коэффициент полезного действия) можно определить как отношение полезной работы к затраченной энергии. В нашем случае, полезной работой является нагрев воды до точки кипения, а затраченной энергией - электрическая энергия, превращенная в теплоту.

\[КПД = \frac{\text{полезная работа}}{\text{затраченная энергия}}\]

Теперь предоставлю подробное решение задачи:

1) Для решения первой задачи нам необходимо знать мощность нагревателя чайника (обычно указывается на самом чайнике) и время, за которое нагреватель преобразует электрическую энергию в теплоту. Допустим, мощность нагревателя составляет 1500 Вт, а время работы - 5 минут (300 секунд).

Тогда, электрическая энергия, затраченная нагревателем, вычисляется по формуле:

\[E = P \cdot t\]

где:
E - электрическая энергия,
P - мощность нагревателя,
t - время работы.

Подставляя значения в формулу, имеем:

\[E = 1500 \cdot 300 = 450000 \, Дж\]

Таким образом, электрическая энергия, преобразованная в теплоту нагревательным элементом, равна 450000 Дж (джоулей).

2) Чтобы определить количество теплоты, необходимое для достижения точки кипения указанного объема воды, мы должны знать массу воды и удельную теплоемкость воды.

Допустим, у нас есть 1 литр (1000 г) воды.

Масса воды, используемая в расчете, равна 1000 г.

Удельная теплоемкость воды (c) составляет около 4,186 Дж/(г·°C).

Изначальная температура воды может составлять комнатную температуру (допустим, 25 °C), а точка кипения воды равна 100 °C.

Таким образом, изменение температуры (\(\Delta T\)) равно разности между начальной и конечной температурой:

\(\Delta T = 100 - 25 = 75 °C\)

Подставляя значения в формулу, получаем:

\[Q = 1000 \cdot 4,186 \cdot 75 = 313950 \, Дж\]

То есть, для достижения точки кипения 1 литра воды необходимо передать 313950 Дж (джоулей) теплоты.

3) Теперь мы можем рассчитать КПД чайника. Полезной работой в данном случае является количество теплоты, которое было передано воде для достижения точки кипения. Затраченной энергией является электрическая энергия, преобразованная нагревателем.

Полезная работа равна 313950 Дж (получено в пункте 2).

Затраченная энергия равна 450000 Дж (получено в пункте 1).

Тогда, КПД можно рассчитать:

\[КПД = \frac{313950}{450000} \approx 0,697\\
Или можно умножить на 100, чтобы получить значение в процентах:

КПД \approx 69,7 \% \]

Таким образом, КПД данного чайника составляет примерно 69,7%. Это означает, что около 69,7% электрической энергии, затраченной на нагрев, превращается в полезную тепловую энергию для закипания воды.