Ответы |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика
| Похожие вопросы |
Решено
В гидравлическом прессе площадь малого поршня — 5 см2, площадь большого — 500 см2.
Сила, действующая на малый поршень, 400 Н, на большой — 36кН.
Решено
Найдите распределение сил токов и напряжений в цепи, изображенной на рисунке, если R1 = 3 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 4 Ом, а амперметр показывает 6 А.
. В цилиндре под поршнем находится воздух. На его нагревание при постоянном давлении было затрачено 5 кДж теплоты. Найти совершенную газом работу….
Решено
Газ находится в баллоне вместимостью 8,31 л при температуре 127 градусов С и давлении 100 кПа .Какое количество вещества находится в газе?
Решено
Найти полное сопротивление участка цепи,…
Пользуйтесь нашим приложением
ГДЗ,Физика,9 класс,Громов С.В. – Рамблер/класс
245 вопросов
249 ответов
90 Физика 9 класс Громов, Родина
Ребят, кто решил?
Два проводника сопротивлением по 5 Ом каждый соединены сначала последовательно, а потом параллельно и в обоих (Подробнее.
..)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 81
Хело. Нужна помощь
Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за 30 мин, если сила тока в цепи 0,5 А, а (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 74
Помогите решить физику
Два параллельно соединенных резистора подключены к источнику напряжением 3,2 В. Сила тока в первом (Подробнее…)
ГДЗГромов С.В.Родина Н.А.9 классФизика
Физика 9 класс Громов, Родина 99
Ребят, у кого есть ответ?
Какое количество теплоты выделится за 20 мин в электрическом чайнике сопротивлением 100 Ом, включенном в (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 88
Помогите решить физику, пожалуйста
Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А.
Определите мощность тока в (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
75 Физика 9 класс Громов, Родина
Помогите определиться с лампочками
Две электрические лампы сопротивлением 200 и 300 Ом соединены параллельно. Определите силу тока (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
97 Физика 9 класс Громов, Родина
У кого есть ответ? Очень надо
Какое количество теплоты выделится за 30 мин проволочной спиралью сопротивлением 20 Ом при силе тока (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 85
Кто знает, как ответить?
Сила тока в резисторе сопротивлением 4 Ом равна 2 А. Какую работу совершит ток за 10 с?
(Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 72
Хаюшки, помогите решить физику
Два проводника сопротивлением 10 и 15 Ом соединены параллельно и подключены к сети напряжением 12 (Подробнее.
..)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 94
Хело, не могу посчитать.
Лампа, рассчитанная на мощность тока 60 Вт, работает в течение недели по 3 ч в сутки. Рассчитайте (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
82 Физика 9 класс Громов, Родина
Нужна помощь с физикой
Сила тока в цепи электродвигателя 2 А, напряжение на его клеммах 220 В. Какую работу совершает ток в (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 71
Привет. Помогите решить физику
К сети напряжением 120 В параллельно подключены две электрические лампы сопротивлением 200 и 300 Ом (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 95
Кто может помочь посчитать?
Имеются две лампы по 40 Вт и электронагревательный прибор мощностью 800 Вт.
Каждая из ламп включается (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
89 Физика 9 класс Громов, Родина
Кто знает ответ?
Чему равна мощность лампы сопротивлением 806 Ом, работающей под напряжением 220 В?
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 78
Приветик! помогите решить задачку
Кусок проволоки сопротивлением 10 Ом разрезали на пять равных частей, после чего параллельно (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 76
Помогите с силой тока!
Два резистора сопротивлением 4 и 6 Ом соединены параллельно. Чему равна сила тока в первом резисторе, если (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
83 Физика 9 класс Громов, Родина
Ребят, у кого есть решение?
Напряжение на спирали лампочки от карманного фонаря равно 3,5 В, сопротивление спирали 14 Ом.
Какую (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
Физика 9 класс Громов, Родина 91
Привет. Помогите с решением
Два проводника сопротивлением по 5 Ом каждый соединены сначала последовательно, а потом параллельно и (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
86 Физика 9 класс Громов, Родина
Хело. У кого есть решение?
Найдите работу тока в проводнике сопротивлением 10 Ом, если время протекания тока 5 мин, а сила тока в (Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
80 Физика 9 класс Громов, Родина
Нужна помощь с решением, плиз
34. Определите общее сопротивление цепи (рис. 122, б), если R1=2,4 Ом, R2=8 Ом, R3=2 Ом.
(Подробнее…)
ГДЗФизикаГромов С.В.Родина Н.А.9 класс
похожие темы
Экскурсии
Мякишев Г.Я.
Досуг
Химия
20.
4 Электрическая мощность и энергия – Колледж физики главы 1-17
20 Электрический ток, сопротивление и закон Ома
Сводка
- Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, отдаваемую источником питания.
- Расчет стоимости электроэнергии при различных обстоятельствах.
Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, как можно выразить электрическую мощность? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним 25-ваттную лампочку с 60-ваттной. (См. рис. 1(a).) Поскольку обе лампы работают при одинаковом напряжении, лампочка мощностью 60 Вт должна потреблять больший ток, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампочки мощностью 60 Вт должно быть меньше, чем у лампы мощностью 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность.
Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от сети 120 В, подключается к сети 240 В, она короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?
Рисунок 1. (a) Какая из этих ламп накаливания, 25-ваттная (вверху слева) или 60-ваттная (вверху справа), имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания 25 Вт холоднее? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Dickbauch, Wikimedia Commons; Greg Westfall, Flickr) (b) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает ту же интенсивность света, что и лампочка мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 входной мощности. (кредит: dbgg1979, Flickr)
Электрическая энергия зависит как от приложенного напряжения, так и от перемещаемого заряда. Наиболее просто это выражается как [латекс]\boldsymbol{\textbf{PE} = qV}[/latex], где [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] — перемещенный заряд, а [латекс]\boldsymbol{V }[/latex] — это напряжение (точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд).
Мощность — это скорость, с которой перемещается энергия, поэтому электрическая мощность равна
.
[латекс]\boldsymbol{P =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{PE}{t}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol {\ frac {qV} {t}} [/ латекс].
Учитывая, что ток равен [латекс]\жирныйсимвол{I = q/t}[/латекс] (обратите внимание, что здесь [латекс]\жирныйсимвол{\Delta t=t}[/латекс]), выражение для мощности становится равным
[латекс]\boldsymbol{P = IV}.[/латекс]
Электрическая мощность ([латекс]\boldsymbol{P}[/латекс]) — это просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет привычные единицы измерения ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, [латекс]\boldsymbol{1 \;\textbf{A} \cdot \;\textbf{V} = 1 \;\textbf{W}}[/latex]. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать мобильный телефон или другие электронные устройства.
2/R}[/латекс] напряжение возводится в квадрат, эффект от применения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.
Пример 1: Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность
(a) Рассмотрим примеры, приведенные в главе 20.2 Закон Ома: сопротивление и простые цепи и главе 20.3 Сопротивление и удельное сопротивление. Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах как в горячем, так и в холодном состоянии. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?
Стратегия для (a)
Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать [latex]\boldsymbol{P = IV}[/latex] для определения мощности.
2R}[/латекс], и вводим известные значения, получая
[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\sqrt{\frac{P}{R}}[/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{=}[/латекс] [латекс]\ sqrt{\frac{411 \;\textbf{W}}{0,350 \;\Omega}}[/latex] [latex]\boldsymbol{= 34,3 \;\textbf{A}}[/latex]
Обсуждение для (b)
Ток в холодном состоянии заметно выше установившегося значения 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере повышения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на то, чтобы кратковременно выдерживать очень высокие токи при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей.
Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот известный факт основан на соотношении между энергией и мощностью.
Вы платите за использованную энергию. Поскольку [latex]\boldsymbol{P=E/t}[/latex], мы видим, что
[латекс]\boldsymbol{E = Pt}[/латекс]
— это энергия, потребляемая устройством, использующим мощность [latex]\boldsymbol{P}[/latex] за временной интервал [latex]\boldsymbol{t}[/latex]. Например, чем больше горит лампочек, тем больше используется [latex]\boldsymbol{P}[/latex]; чем дольше они включены, тем больше [латекс]\boldsymbol{t}[/латекс]. Единицей энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час ([латекс]\boldsymbol{\textbf{кВт} \cdot \;\textbf{ч}}[/латекс]), что соответствует соотношению [латекс]\жирныйсимвол{E = Pt}[/латекс]. Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если иметь представление об их энергопотреблении в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашего электроснабжения. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, могут быть преобразованы в джоули.
6 \;\textbf{J}}[/latex].
Потребляемая электрическая энергия ([латекс]\boldsymbol{E}[/латекс]) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и уменьшит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов сократить потребление электроэнергии в доме или на предприятии. Около 20% энергии, потребляемой домом, идет на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях этот показатель приближается к 40%. Люминесцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания — это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. рис. 1(b).) Таким образом, лампочку накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, имеющей ту же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они соединены со стандартным ввинчивающимся основанием, которое подходит для стандартных патронов для ламп накаливания.
(Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими первоначальными вложениями в КЛЛ были решены в последние годы.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат в 10 раз дольше. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.
Установление связей: энергия, мощность и время
Отношение [латекс]\жирныйсимвол{Е = Pt}[/латекс] полезно во многих различных контекстах. Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, связана, например, с уровнем мощности и продолжительностью вашей активности. Величина нагрева источником питания связана с уровнем мощности и временем его применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения связана с мощностью и временем облучения.
Пример 2: Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)
Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов.
? (b) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но в 1/4 меньше мощности, и которая стоит 1,50 доллара, но служит в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?
Стратегия
Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала найдем используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножим на стоимость киловатт-часа.
Решение для (a)
Используемая энергия в киловатт-часах находится путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:
[латекс]\boldsymbol{E = Pt = (60 \;\textbf {W})(1000 \;\textbf{h}) = 60 000 \;\textbf{W} \cdot \;\textbf{h}}.[/latex]
В киловатт-часах это
[ латекс]\boldsymbol{E= 60,0 \;\textbf{кВт} \cdot \;\textbf{h}}.[/latex]
Теперь стоимость электроэнергии составляет
[латекс]\boldsymbol{\textbf{стоимость} = (60,0 \;\textbf{кВт} \cdot \textbf{ч})(\$0,12 / \;\textbf{кВт} \cdot \textbf{ч}) = \$7,20}.
[/latex]
Общая стоимость составит $7,20 за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).
Решение для (b)
Поскольку КЛЛ потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 долл. США/4 = 1,80 долл. США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0,1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость составит $1,95 за 1000 часов.
Обсуждение
Таким образом, использование компактных люминесцентных ламп намного дешевле, хотя первоначальные инвестиции выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывалась.
Выполнение подключений: домашний эксперимент — Инвентаризация потребления электроэнергии
1) Составьте список номинальных мощностей различных приборов в вашем доме или комнате.
Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем в день (путем оценки времени их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если напряжение в доме 120 В, используйте [латекс]\boldsymbol{P = IV}[/латекс]. 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что мощность используемых флуоресцентных ламп составляет 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто на все выходные, и что эти лампы оставались включенными с 18:00 до 18:00. Пятница до 8 утра понедельника. Во что обойдется эта оплошность? Как насчет целого года выходных? 94 \;\textbf{A}}[/латекс]?
2: Какая мощность подается на стартер большого грузовика, потребляющего ток 250 А от аккумуляторной батареи 24,0 В?
3: Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа.
Какова выходная мощность, если выходное напряжение калькулятора составляет 3,00 В? (См. рис. 2.)
Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих энергетических потребностей. (кредит: Эван-Амос, Wikimedia Commons) 92 \;\textbf{C}}[/latex] проходят через него за 0,500 ч, если его напряжение составляет 3,00 В?
5: Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинитель с сопротивлением [латекс]\boldsymbol{0,0600 -\;\Омега}[/латекс] и через который протекает ток 5,00 А. ; (б) более дешевый шнур с использованием более тонкой проволоки и с сопротивлением [латекс]\boldsymbol{0,300 \;\Омега}[/латекс]
6: Убедитесь, что единицами вольт-ампер являются ватты, как подразумевается уравнением [латекс]\boldsymbol{P = IV}[/латекс]. 92 \;\textbf{кВ}}[/latex] и направляется на цель для создания рентгеновских лучей. Рассчитайте мощность электронного пучка в этой трубке при силе тока 15,0 мА.
11: Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт в течение 2,00 часов в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электричество стоит [latex]\boldsymbol{12,0 \;\textbf{центов/кВт} \cdot \;\textbf{h}}[/latex]? См. рис. 3.
Рис. 3. Электрический водонагреватель по требованию. Тепло подается воде только тогда, когда это необходимо. (кредит: aviddavid, Flickr)
12: Сколько электроэнергии потребуется для приготовления ломтика тоста при использовании тостера мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит в [latex]\boldsymbol{9.0 \;\textbf{cents/kW} \cdot \;\textbf{h}}[/latex]?
13: Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, чтобы общая стоимость (инвестиции плюс эксплуатация) была одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит [латекс]\boldsymbol{10 \;\textbf{центов/кВтч}}[/латекс].
Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с экономической эффективностью КЛЛ.
14: Некоторые модели старых автомобилей имеют электрические системы на 6,00 В. а) Каково тепловое сопротивление фары мощностью 30,0 Вт в таком автомобиле? б) Какой ток течет по нему?
15: Преимущество щелочных батарей в том, что они обеспечивают постоянное напряжение почти до конца срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом [latex]\boldsymbol{1,00 \;\textbf{A} \cdot \;\textbf{h}}[/latex] и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?
16: Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его мощность? б) Чему равно сопротивление пути?
17: В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените годовую стоимость электроэнергии для эксплуатации 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их средняя потребляемая мощность составляет 150 Вт, а средняя стоимость электроэнергии составляет [латекс]\boldsymbol{12,0 \;\textbf{центов/кВт} \cdot \;\textbf{h} }[/латекс].
18:92 \;\textbf{A}}[/латекс].
20: Интегрированные концепции
Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее лишь с небольшим повышением температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует переменное напряжение 120 В с КПД 95,0%. а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (б) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов ночной работы? (См. рис. 4.)
Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры. 92 \;\textbf{g}}[/latex] алюминия от 20,0ºC до 90,0ºC за 5,00 мин?
23: Интегрированные концепции
Сколько времени потребуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру 1,00 г ткани с 37,0°С до 100°С и затем выкипятить 0,500 г воды, если он выдает 2,00 мА при 15,0 кв? Не учитывать передачу тепла в окружающую среду.
24: Integrated Concepts
24: Гидрогенераторы (см.
4 \;\textbf{кг}}[/латекс], при условии, что 9КПД 5,0% и постоянная мощность? в) Найдите его среднее ускорение. (d) Обсудите, как ускорение, которое вы нашли для легкорельсового поезда, можно сравнить с тем, которое может быть типичным для автомобиля.
27: Интегрированные концепции
(a) Алюминиевая линия электропередачи имеет сопротивление [латекс]\boldsymbol{0,0580 \;\Omega / \textbf{км}}[/латекс]. Какова его масса на километр? б) Какова масса километра медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления. 92 \textbf{-g}}[/latex] алюминиевый стакан, содержащий 350 г воды от 20,0ºC до 95,0ºC за 2,00 мин. Найти его сопротивление, считая его постоянным в процессе. (б) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.
29: Интегрированные концепции
(a) Какова стоимость нагрева джакузи, содержащего 1500 кг воды, с 10,0ºC до 40,0ºC, при условии, что КПД 75,0% учитывает передачу тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии составляет [латекс]\boldsymbol{92 \;\textbf{МВт}}[/latex] мощности при 10,0 кВ? б) Найдите сопротивление провода длиной 1,00 км, при котором потеря мощности составит 0,0100 %.
в) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? г) Что неразумного в этих результатах? (e) Какие допущения неразумны или какие предпосылки противоречивы?
32: Создайте свою собственную задачу
Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагревания чашки воды для приготовления чая. Составьте задачу, в которой вы вычисляете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он повышал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем процессе. Среди вещей, которые следует учитывать, — используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев. Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будет достигнута опасная температура.
- электроэнергия
- скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение
Ч.
13 задач — University Physics Volume 2
Проблемы
13.1
Закон Фарадея
24.
Катушка из 50 витков диаметром 15 см. Катушка помещена в пространственно однородное магнитное поле величиной 0,50 Тл так, что лицевая сторона катушки и магнитное поле перпендикулярны. Найти величину ЭДС индукции в катушке, если магнитное поле сводится к нулю равномерно за 0,10 с (а), 1,0 с (б) и 60 с (в).
25.
Повторите расчет времени предыдущей задачи 0,1 с с плоскостью катушки, образующей угол (a) 30°, 30°, (b) 60°, 60° и (c) 90°90° с магнитное поле.
26.
Квадратная петля со стороной 6,0 см изготовлена из медной проволоки радиусом 1,0 мм. Если магнитное поле, перпендикулярное петле, изменяется со скоростью 5,0 мТл/с, какова сила тока в петле?
27.
Магнитное поле через круглую петлю радиусом 10,0 см изменяется со временем, как показано ниже. Поле перпендикулярно петле. Постройте величину ЭДС индукции в контуре как функцию времени.
28.
На прилагаемом рисунке показана одновитковая прямоугольная катушка с сопротивлением 2,0–2,0 Ом. Магнитное поле во всех точках внутри катушки изменяется по закону B=B0e-αt, B=B0e-αt, где B0=0,25TB0=0,25T и α=200Hz.α=200Hz. Какой ток индуцируется в катушке при (а) t=0,001st=0,001 с, (б) 0,002 с, (в) 2,0 с?
29.
Как изменились бы ответы на предыдущую задачу, если бы катушка состояла из 20 близко расположенных витков?
30.
Длинный соленоид с n=10n=10 витков на сантиметр имеет площадь поперечного сечения 5,0 см25,0 см2 и пропускает ток 0,25 А. Катушка с пятью витками окружает соленоид. При выключении тока через соленоид он уменьшается до нуля за 0,050 с.
), где B→(t)B→(t) в теслах. Определить ЭДС индукции в контуре как функцию времени.
32.
Магнитное поле, перпендикулярное одиночной проволочной петле диаметром 10,0 см, уменьшается с 0,50 Тл до нуля. Провод изготовлен из меди и имеет диаметр 2,0 мм и длину 1,0 см. Какой заряд проходит по проводу при изменении поля?
13.2
Закон Ленца
33.
Одновитковый круговой виток провода радиусом 50 мм лежит в плоскости, перпендикулярной пространственно-однородному магнитному полю. В течение интервала времени 0,10 с величина поля равномерно возрастает от 200 до 300 мТл. а) Определить ЭДС индукции в контуре. б) Если магнитное поле направлено за пределы страницы, каково направление тока, индуцируемого в петле?
34.
При первом включении магнитного поля поток через 20-витковый контур изменяется со временем в соответствии с в секундах, а петля находится в плоскости страницы с единичной нормалью, направленной наружу.
а) Как зависит ЭДС, индуцируемая в петле, от времени? Как направлен индукционный ток при t = 0 (б), 0,10 (в), 1,0 (г) и 2,0 с (д)?
35.
Магнитный поток через петлю, показанную на прилагаемом рисунке, изменяется со временем согласно формуле Φm=2,00e−3tsin(120πt), Φm=2,00e−3tsin(120πt), где ΦmΦm выражено в веберах. Каковы направление и величина тока через резистор 5,00 Ом5,00 Ом при (а) t=0t=0; (b) t=2,17×10-2 с, t=2,17×10-2 с и (c) t=3,00 с?t=3,00 с?
36.
Используйте закон Ленца для определения направления индукционного тока в каждом случае.
13.3
ЭДС движения
37.
Автомобиль с радиоантенной длиной 1,0 м движется со скоростью 100,0 км/ч в месте, где горизонтальное магнитное поле Земли составляет 5,5×10-5 Тл.5,5×10-5 Тл. Какова максимально возможная ЭДС, индуцируемая в антенне из-за этого движения?
38.
Показанная ниже прямоугольная петля из N витков движется вправо с постоянной скоростью v→v→, покидая полюса большого электромагнита. (a) Предполагая, что магнитное поле однородно между сторонами полюсов и пренебрежимо мало в других местах, определите ЭДС индукции в контуре. б) Каков источник работы, производящий эту ЭДС?
39.
Предположим, что магнитное поле предыдущей задачи колеблется во времени в соответствии с B=B0sinωt.B=B0sinωt. Какая же ЭДС индуцируется в петле, когда ее задняя сторона находится на расстоянии d от правого края области магнитного поля?
40.
Катушка из 1000 витков занимает площадь 25см225см2. Он поворачивается за 0,010 с из положения, в котором его плоскость перпендикулярна магнитному полю Земли, в положение, в котором его плоскость параллельна полю. Если напряженность поля 6,0×10-5 Тл, 6,0×10-5 Тл, какова средняя ЭДС, индуцируемая в катушке?
41.
В цепи, показанной на прилагаемом рисунке, стержень скользит по направляющим рельсам с постоянной скоростью v→.v→. Скорость находится в одной плоскости с рельсами и направлена под углом θθ к ним. Однородное магнитное поле B→B→ направлено за пределы страницы. Какая ЭДС индуцируется в стержне?
42.
Стержень, показанный на прилагаемом рисунке, движется через однородное магнитное поле напряженностью B=0,50TB=0,50T с постоянной скоростью v=8,0м/с.v=8,0м/с. Чему равна разность потенциалов между концами стержня? Какой конец стержня имеет более высокий потенциал?
43.
Стержень длиной 25 см движется со скоростью 5,0 м/с в плоскости, перпендикулярной магнитному полю напряженностью 0,25 Тл. Стержень, вектор скорости и вектор магнитного поля взаимно перпендикулярны, как показано на прилагаемом рисунке. Вычислите (а) магнитную силу, действующую на электрон в стержне, (б) электрическое поле в стержне и (в) разность потенциалов между концами стержня.
г) Какова скорость стержня, если разность потенциалов равна 1,0 В?
44.
На прилагаемом рисунке рельсы, соединительный концевой элемент и стержень имеют сопротивление на единицу длины 2,0 Ом/см. 2,0 Ом/см. Стержень движется влево со скоростью v=3,0 м/с. v=3,0 м/с. Если B=0,75TB=0,75T везде в регионе, какова сила тока в цепи (a) при a=8,0cm?a=8,0cm? б) когда а=5,0 см? а=5,0 см? Укажите также смысл текущего потока.
45.
Стержень, показанный ниже, движется вправо по рельсам практически с нулевым сопротивлением со скоростью v=3,0 м/с. v=3,0 м/с. Если B=0,75TB=0,75T везде в регионе, каков ток через резистор 5,0 Ом5,0 Ом? Ток циркулирует по часовой или против часовой стрелки?
46.
Ниже показан токопроводящий стержень, который скользит по металлическим рельсам. Аппарат находится в однородном магнитном поле напряженностью 0,25 Тл, которое находится непосредственно в странице.
Стержень тянется вправо с постоянной скоростью 5,0 м/с под действием силы F→.F→. Единственное значительное сопротивление в цепи исходит от показанного резистора 2,0 Ом2,0 Ом. а) Чему равна ЭДС индукции в цепи? б) Чему равен индукционный ток? Он вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки? (c) Какова величина F→F→? (d) Какова выходная мощность F→F→ и мощность, рассеиваемая на резисторе?
13,4
Наведенные электрические поля
47.
Рассчитайте наведенное электрическое поле в 50-витковой катушке диаметром 15 см, помещенной в пространственно однородное магнитное поле величиной 0,50 Тл, так что поверхность катушки и магнитное поле перпендикулярны. Это магнитное поле уменьшается до нуля за 0,10 секунды. Предположим, что магнитное поле цилиндрически симметрично относительно центральной оси катушки.
48.
Магнитное поле через круглую петлю радиусом 10,0 см меняется со временем, как показано на прилагаемом рисунке.
Поле перпендикулярно петле. Предполагая цилиндрическую симметрию по отношению к центральной оси петли, начертите зависимость индуцированного электрического поля в петле от времени.
49.
Ток I через длинный соленоид с n оборотов на метр и радиусом R изменяется со временем, как указано dI / дт . Рассчитайте индуцированное электрическое поле как функцию расстояния r от центральной оси соленоида.
50.
Рассчитайте электрическое поле, индуцированное как внутри, так и снаружи соленоида из предыдущей задачи, если I=I0sinωt.I=I0sinωt.
51.
В области радиусом R имеется пространственно однородное магнитное поле B→.B→. (См.
ниже.) При t=0t=0, B=1,0T, B=1,0T, после чего уменьшается с постоянной скоростью до нуля за 30 с. (а) Каково электрическое поле в областях, где r≤Rr≤R и r≥Rr≥R в течение этого 30-секундного интервала? (b) Предположим, что R=10,0 см R=10,0 см. Какую работу совершает электрическое поле над протоном, если его пронести один раз по часовой стрелке по круговой траектории радиусом 5,0 см? в) Какую работу совершает электрическое поле над протоном, который один раз пролетает против часовой стрелки по круговой траектории любого радиуса r≥Rr≥R? (г) В момент, когда B=0,50TB=0,50T, протон входит в магнитное поле на A , двигаясь со скоростью v→v→(v=5,0×106 м/с)(v=5,0×106 м/с), как показано. Каковы электрические и магнитные силы, действующие на протон в этот момент?
52.
Магнитное поле во всех точках цилиндрической области, поперечное сечение которой указано на прилагаемом рисунке, начинается с 1,0 Тл и равномерно уменьшается до нуля за 20 с.
Каково электрическое поле (как по величине, так и по направлению) в зависимости от r , расстояния от геометрического центра области?
53.
Ток в длинном соленоиде с 20 витками на сантиметр радиуса 3 см изменяется со временем со скоростью 2 А/с. Круглая петля из проволоки радиусом 5 см и сопротивлением 2 Ом 2 Ом окружает соленоид. Найдите электрический ток, индуцируемый в петле.
54.
Ток в длинном соленоиде радиусом 3 см и 20 витками/см изменяется во времени со скоростью 2 А/с. Найти электрическое поле на расстоянии 4 см от центра соленоида.
13,6
Электрические генераторы и обратная ЭДС
55.
Разработайте петлю с током, которая при вращении в однородном магнитном поле напряженностью 0,10 Тл будет создавать ЭДС ε=ε0sinωt,ε=ε0sinωt, где ε0=110Вε0=110В и ω=120πрад/с.
ω=120πрад/с .
56.
Плоская квадратная катушка из 20 витков со сторонами длиной 15,0 см вращается в магнитном поле напряженностью 0,050 Тл. Если максимальная ЭДС, создаваемая в катушке, составляет 30,0 мВ, какова угловая скорость катушки?
57.
Прямоугольная катушка из 50 витков размерами 0,15 м × 0,40 м 0,15 м × 0,40 м вращается в однородном магнитном поле величиной 0,75 Тл со скоростью 3600 об/мин. а) Определите ЭДС индукции в катушке как функцию времени. (b) Если катушка подключена к резистору 1000 Ом 1000 Ом, какова зависимость мощности от времени, необходимая для того, чтобы катушка вращалась со скоростью 3600 об/мин? (c) Ответьте на часть (b), если катушка подключена к резистору 2000 Ом.
58.
Квадратная катушка якоря генератора переменного тока имеет 200 витков и имеет длину стороны 20,0 см. Когда он вращается со скоростью 3600 об/мин, его пиковое выходное напряжение составляет 120 В.
а) Какова частота выходного напряжения? б) Какова сила магнитного поля, в котором вращается катушка?
59.
Флип-катушка — относительно простое устройство, используемое для измерения магнитного поля. Он состоит из круглой катушки из Н витков, намотанной тонкой проводящей проволокой. Катушка присоединена к баллистическому гальванометру, устройству, измеряющему общий заряд, прошедший через нее. Катушка помещена в магнитное поле B→B→ так, что ее поверхность перпендикулярна полю. Затем его переворачивают на 180°, 180° и измеряют общий заряд Q , протекающий через гальванометр. а) Если общее сопротивление катушки и гальванометра равно R , какая связь между B и Q ? Поскольку катушка очень маленькая, можно предположить, что B→B→ по ней однородно. б) Как определить, перпендикулярно ли магнитное поле поверхности катушки?
60.
Добавить комментарий