Содержание
Задачи на работу и мощность электрического тока с решением
В сегодняшней статье мы займемся решением задач на тему «Работа и мощность постоянного тока». Вдруг кому-нибудь пригодится.
Кстати, много полезной информации для студентов, а также приятные скидки, вы найдете на нашем телеграм-канале. Подписывайтесь!
Работа и мощность тока: задачи с решением
Перед непосредственным решением задач на работу и мощность электрического тока повторите теорию, ознакомьтесь с общей памяткой по решению задач. Также мы собрали для вас вместе более 40 формул по физике, держите их под рукой.
Задача №1. Мощность электрического тока
Условие
Сопротивление нити накала электрической лампы составляет 400 Ом, а напряжение на нити равно 100 В. Какова мощность тока в лампе?
Решение
По определению, мощность тока на участке цепи равна работе, деленной на время, за которое она была совершена:
Подставим значения, и найдем мощность:
Ответ: 25 Вт.
Задача №2. Расчет мощности электрического тока
Условие
Два резистора соединены параллельно и последовательно. В каком из двух резисторов мощность тока больше (и во сколько раз) соответственно при параллельном и последовательном соединении?
Решение
1) При последовательном соединении сила тока в каждом резисторе одинакова, а мощность тока напрямую зависит от сопротивления резисторов:
Мощность тока во втором резисторе больше в 10 раз.
2) При параллельном соединении на резисторах будет разная сила тока, но одинаковое напряжение. Для мощности тока целесообразно использовать формулу:
Мощность тока в первом резисторе больше в 10 раз.
Ответ: В 10 раз больше во втором резисторе; в 10 раз больше в первом резисторе.
Задача №3. Работа электрического тока
Условие
Какова работа электрического тока в паяльнике, если сила тока в цепи равна 3 А, а сопротивление паяльника – 40 Ом? Время работы паяльника – 30 минут.
Какое количество теплоты выделится в паяльнике за это время?
Решение
По закону Джоуля-Ленца, работа тока на наподвижном проводнике с сопротивлением R, преобразуется в тепло.
Вычислим работу:
При вычислениях не забывайте переводит все величины в систему СИ.
Работа тока равна выделившемуся количеству теплоты.
Ответ: 648 кДж.
Задача №4. Расчет работы электрического тока
Условие
Какую работу ток совершает в электродвигателе за 20 минут, если сила тока в цепи равна 0,2 А, а напряжение составляет 12 В.
Решение
Применим формулу для работы тока:
Ответ: 2880 Дж.
Напоследок мы приберегли для вас задачу посложнее.
Задача №5 на закон Джоуля-Ленца
Условие
Сила тока в проводнике сопротивлением R=20 Ом нарастает в течение времени Δt=2 с по линейному закону от I0=0 до Imax=6 А.
Определить количество теплоты Q1, выделившееся в этом проводнике за первую секунду, и Q2 — за вторую, а также найти отношение этих количеств теплоты Q2/Q1.
Решение
Закон Джоуля – Ленца применим в случае постоянного тока (I =const). Если же сила тока в проводнике изменяется, то указанный закон справедлив для бесконечно малого промежутка времени и записывается в виде:
Здесь сила тока I является некоторой функцией времени. В нашем случае I=kt, где k — коэффициент пропорциональности, равный отношению приращений силы тока к интервалу времени, за который произошло это приращение:
С учетом этого, формула для количества теплоты примет вид:
Для определения количества теплоты, выделившегося за конечный промежуток времени, выражение для бесконечно малого количества теплоты следует проинтегрировать в пределах от t1 до t2:
При определении количества теплоты, выделившегося за первую секунду, пределы интегрирования t1 =О, t2= 1 с и, следовательно, Q1=60 Дж, а за вторую секунду — пределы интегрирования t1= 1 с, t2=2 с и тогда Q2=420 Дж.
Кстати, читайте в нашем блоге о том, как считать интегралы.
За вторую секунду выделится теплоты в 7 раз больше, чем за первую секунду.
Ответ: 60 Дж; 420 Дж; в 7 раз больше.
Вопросы на работу и мощность электрического тока
Вопрос 1. Что такое работа электрического тока?
Ответ. Работа электрического тока – это физическая величина, которая показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику. Она равна произведению силы тока на участке цепи, напряжению на концах этого участка и времени, в течение которого протекает ток по проводнику.
Единица измерения работы – 1 Джоуль.
Вопрос 2. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.
Ответ. Это эмпирический закон преобразования работы тока в тепло. Он был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем.
Работа электрического тока, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло, выделяющееся на проводнике.
При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться, что сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием.
Вопрос 3. Что такое мощность электрического тока?
Ответ. Мощность тока – физическая величина, характеризующая скорость совершения током работы. Мощность равна отношению работы к интервалу времени, за которые она была совершена:
Единицей измерения мощности является Ватт. 1 Ватт – это мощность, при которой за одну секунду совершается работа в 1 Джоуль.
Вопрос 4. Приведите пример внесистемной единицы измерения работы.
Ответ. На практике часто пользуются единицей, называемой ватт-час (втч).
Так как в часе 3 600 секунд, 1 ватт-час равен 3 600 Дж.
Вопрос 5. Как измерить работу тока?
Ответ. В простейшем случае для измерения работы тока нужны амперметр, вольтметр и часы. На практике работу электрического тока измеряют с помощью счетчиков.
Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий? Профессиональный сервис для учащихся всегда к вашим услугам.
| 3194. Две электрические лампы включены параллельно под напряжение 220 В. Определите силу тока в каждой лампе и в подводящей цепи, если сопротивление одной лампы 1000 Ом, а другой 488 Ом. |
| 3195. Амперметр А (рис. 343) показывает силу тока 1,6 А при напряжении 120 В. Сопротивление резистора Rl = 100 Ом. Определите сопротивление резистора R2 и показания амперметров А1 и А2. |
3196. В цепь (рис. 344) включены две одинаковые лампы. При положении ползунка реостата в точке В амперметр А1 показывает силу тока 0,4 А. Что показывают амперметры А и А2? Изменятся ли показания амперметров при передвижении ползунка к точке А1
|
| 3197. Общее сопротивление четырех одинаковых ламп, включенных так, как показано на рисунке 315, равно 75 Ом. Чему равно сопротивление одной лампы? |
| 3198. На рисунке 336 изображена схема смешанного соединения проводников. Приняв сопротивление левого резистора 30 Ом при параллельном включении, а правого 60 Ом и сопротивление на реостате 40 Ом, требуется определить общее сопротивление этого участка цепи. |
| 3199. Ученики правильно рассчитали, что для освещения елки нужно взять 12 имеющихся у них электрических лампочек. Соединив их последовательно, можно будет включить их в городскую сеть. Почему меньшее число лампочек включать нельзя? Как изменится расход электроэнергии в сети, если число лампочек увеличить до 14? |
3200. Два троллейбуса с одинаковыми электродвигателями движутся одновременно один с большей, другой с меньшей скоростью. У какого из них работа электрического тока больше, если считать, что сопротивление движению и время движения в обоих случаях одинаковы?
|
| 3201. Почему при работе на токарном или сверлильном станке с неправильно заточенным или затупленным инструментом увеличивается расход электроэнергии? |
| 3202. Сколько энергии потребляет электрическая плитка каждую секунду при напряжении 120 В, если сила тока в спирали 5 А? |
| 3203. В горном ауле установлен ветряной двигатель, приводящий в действие электрогенератор мощностью 8 кВт. Сколько лампочек мощностью 40 Вт можно питать от этого источника тока, если 5% мощности расходуется в подводящих проводах? |
3204. Рассчитайте расход энергии электрической лампой, включенной на 10 мин в сеть напряжением 127 В, если сила тока в лампе 0,5 А.
|
| 3205. Какую работу совершает постоянный электрический в электрической цепи автомобильного вентилятора за , если при напряжении 12 В сила тока в цепи равна 0,5 А? |
| 3206. По данным рисунка 346 определите энергию, потребляемую лампой в течение 10 с. Как будет изменяться потребляемая лампой энергия, если ползунок реостата переместить вверх; вниз? |
| 3207. При изготовлении фотографического снимка ученица включила электрическую лампу на 3 с в сеть напряжением 220 В. Сколько энергии израсходовано при этом, если сила тока в лампе равна 5 А? |
| 3208. Какое количество энергии потребляет за 25 мин обмотка электродвигателя, если ее активное сопротивление равно 125 Ом, а сила тока, протекающего в ней, равна 1,2 А? |
| 3209. Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике. |
3210. Определите мощность тока в электрической если при напряжении 3 В сила тока в ней 100 мА.
|
| 3211. При переменном напряжении 400 В сила тока в электродвигателе 92 А. Определите мощность тока в обмотках электродвигателя. |
| 3212. Одинакова ли мощность тока в проводниках (рис. 347)? |
| 3213. На баллоне одной первой лампы написано 120 В; 100 Вт, а на баллоне второй — 220 В; 100 Вт. Лампы включены в сеть с напряжением, на которое они рассчитаны. У какой лампы сила тока больше; во сколько раз? |
| 3214. У какой из двух электрических ламп мощность электрического тока больше: у той, которая рассчитана на напряжение 24 В и силу тока 0,7 А, или той, которая рассчитана на напряжение 120 В и силу тока 0,2 А? |
3215. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.
|
| 3216. Сопротивление нагревательного элемента электрического чайника 24 Ом. Найдите мощность тока, питающего чайник при напряжении 120 В. |
| 3217. Сопротивление электрического паяльника 440 Ом. Напряжение, при котором он работает, 220 В. Определите мощность тока, потребляемого паяльником. |
| 3218. Две электрические лампы мощностью 100 и 25 Вт включены параллельно в сеть напряжением 220 В, на которое они рассчитаны. В спирали какой лампы сила тока больше; во сколько раз? |
| 3219. Три лампы одинаковой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение, включены в цепь, как показано на рисунке 348. Одинаков ли будет накал нитей и ламп, если цепь замкнуть? |
| 3220. Три лампы одинаковой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение, включены в цепь так, как показано на рисунке 349. Одинаковым ли будет накал нитей ламп, если цепь замкнуть? |
3221. При напряжении 120 В в электрической лампе в течение 0,5 мин израсходовано 900 Дж энергии. Определите, чему равна сила тока в лампе.
|
| 3222. Электродвигатель мощностью 100 Вт работает при постоянном напряжении 6 В. Определите силу тока в электродвигателе. |
| 3223. Мощность карманного радиоприемника равна 0,6 Вт. Определите силу тока, потребляемую радиоприемником, если источником питания служат 4 батарейки напряжением 1,5 В каждая, соединенные последовательно. |
| 3224. Мощность электродвигателя 3 кВт, сила тока 12 А. Определите напряжение на зажимах электродвигателя. |
| 3225. При некоторой скорости мощность велосипедного генератора электрического тока равна 2,7 Вт. Определите напряжение, если сила тока в цепи осветительной фары равна 0,3 А. |
3226. Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.
|
| 3227. В сеть напряжением 120 В параллельно включены две лампы: 1 — мощностью 300 Вт, рассчитанная на напряжение 120 В, и 2, последовательно соединенная с резистором, — на 12 В (рис. 350). Определите показания амперметров А1 и А и сопротивление резистора, если амперметр А2 показывает силу тока 2 А. |
| 3228. По данным из условия задачи 1419 определите мощность лампы 2, а также мощность всей цепи. |
| 3229. На баллоне электрической лампы написано 100 Вт; 120 В. Определите, какими будут сила тока и сопротивление, если ее включить в сеть с напряжением, на которое она рассчитана. |
| 3230. Определите сопротивление электрической лампы, на баллоне которой написано 100 Вт; 220 В. |
| 3231. На баллоне одной электрической лампы написано 220 В; 25 Вт, а на баллоне другой — 220 В; 200 Вт. Сопротивление какой лампы больше и во сколько раз? |
3232. У какой лампы сопротивление нити накала больше: мощностью 50 Вт или 100 Вт, если они рассчитаны на одинаковое напряжение?
|
| 3233. Две электрические лампы имеют одинаковые мощности. Одна из них рассчитана на напряжение ПО В, а другая — на 220 В. Какая из ламп имеет большее сопротивление; во сколько раз? |
| 3234. Вычислите значения электрических величин (рис /, = 0,68 А, Л, -? Р, -? 2. R2 = 480 Ом, /2 -? Р2 -? 3 40 Вт, /, -? Л, -? |
| 3235. На рисунке 352 изображена схема включения в сеть электрического тока напряжением 120 В двух электрических ламп 1 и 2, пылесоса (R3) и электрической плитки (R4). Начертите схему, а затем вычислите значения силы тока, сопротивления и энергии, потребляемой каждую секунду этими приборами, если мощность лампы 1 равна 60 Вт, сила тока в лампе 2 равна 0,625 А, сопротивление обмотки двигателя пылесоса R3 = 120 Ом, а мощность плитки J?4 = 600 Вт. |
3236. Определите расход энергии в электрической лампе при напряжении 127 В и силе тока 0,5 А за 8 ч.
|
| 3237. Определите расход энергии электрической лампой мощностью 150 Вт за 800 ч (средняя продолжительность службы ламп). |
| 3238. Сколько энергии израсходует электрическая лампа мощностью 50 Вт за месяц (30 дней), если она горит 8 ч в сутки? |
| 3239. Источник электрического тока, установленный на велосипеде, вырабатывает ток для двух ламп. Сила тока в каждой лампе 0,28 А при напряжении 6 В. Определите мощность генератора и работу тока за 2 ч. |
| 3240. Мастерскую ежедневно освещают по 7 ч в сутки 10 ламп мощностью 0,15 кВт каждая и 76 ламп мощностью 75 Вт. Вычислите энергию, расходуемую за месяц (24 рабочих дня) на освещение мастерской. |
3241. При сепарировании молока на каждые 1000 л расходуется 1,5 кВт • ч электроэнергии. Сколько потребуется времени для обработки 1000 л молока, если мощность двигателя, вращающего сепаратор, 0,25 кВт?
|
| 3242. Пылесос «Электросила» мощностью 300 Вт работает при напряжении 220 В. Определите: а) силу потребляемого тока; б) сопротивление; в) расход электрической энергии за 30 мин; г) стоимость энергии, израсходованной пылесосом за это время (при тарифе 20 к. за 1 кВт • ч). |
| 3243. Определите стоимость израсходованной энергии при пользовании телевизором в течение 2 ч. Мощность телевизора равна 100 Вт, а стоимость 1 кВт • ч равна 20 к. |
| 3244. Рассчитайте стоимость израсходованной энергии при тарифе 20 к. за 1 кВт • ч при горении электрической лампы мощностью 100 Вт, если лампа горит по 8 ч в сутки в течение месяца (30 дней). |
3245. Рассчитайте стоимость электроэнергии при тарифе 20 к. за 1 кВт • ч, потребляемой электрическим утюгом за 4 ч работы, если он включен в сеть напряжением 220 В при силе тока 4,55 А.
|
| 3246. Семья за пользование электроэнергией в своей квартире при тарифе 20 к. за 1 кВт • ч в месяц заплатила 4 р. 80 к. Определите израсходованную энергию. |
| 3247. На зажимах дуги сварочной электрической машины поддерживается напряжение 60 В. Сопротивление дуги 0,4 Ом. Рассчитайте стоимость энергии, расходуемой при сварке, если сварка продолжалась 4 ч. Стоимость энергии 40 к. за 1 кВт • ч. |
| 3248. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,6 т со скоростью 20 м/мин. Мощность, развиваемая двигателем, равна 7,22 кВт. Определите КПД крана. |
| 3249. Что произойдет, если концы проводников А (рис. 353) соединить между собой? Почему нельзя после этого соединить точки В и С цепи? |
| 3250. Почему в плавких предохранителях не применяют проволоку из тугоплавких металлов? |
3251. Спираль электрической плитки при ремонте чуть-чуть укоротили. Изменится ли при этом накал и мощность плитки, если ее включить в сеть электрического тока? Если не изменится, то почему?
|
| 3252. От батарейки карманного фонаря к одной из двух одинаковых лампочек мальчик подвел железные провода, а к другой — медные. У какой лампочки будет ярче светиться нить накала, если длина и площадь поперечного сечения проводов одинаковые? |
| 3253. В цепь последовательно включены два проводника. В первом из них выделяется в 2 раза большее количество теплоты, чем за то же самое время во втором. На каком проводнике напряжение больше и во сколько раз? У какого из проводников сопротивление больше и во сколько раз? |
3254. Две лампы на 220 В; 110 Вт; 220 В; 25 Вт, а также рубильник соединены последовательно и подключены в сеть напряжением 220 В. Одинаковым ли будет накал нитей у этих ламп, если на них подать ток, замкнув рубильник? Начертите схему и ответ объясните.
|
| 3255. Почему вместо перегоревшей пробки предохранителя в патрон нельзя вставлять какой-нибудь металлический предмет, например гвоздь, пучки проволок? |
| 3256. Почему провода, подводящие ток к электрической плитке, не разогреваются так сильно, как спираль в плитке? |
| 3257. Какое количество теплоты выделяет за 5 с констан-тановый проводник с R = 25 Ом, если сила тока в цепи 2 А? |
| 3258. Какое количество теплоты выделит за 10 мин проволочная спираль с R = 15 Омэ если сила тока в цепи 2 А? |
| 3259. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии равно 55 Ом, включена в сеть напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделяет эта спираль за 1 мин; за 0,5 ч? |
3260. Сила тока в электросварочном аппарате в момент сварки равна 7500 А при напряжении 3 В. Свариваемые стальные листы при этом имеют сопротивление 0,0004 Ом. Какое количество теплоты выделяется при сварке за 2 мин?
|
| 3261. Какое количество теплоты выделится за 10 с в нити накала электрической лампы сопротивлением 25 Ом, если сила тока в ней 0,2 А; за 10 мин; за 0,5 ч; за 2 ч? |
| 3262. Какое количество теплоты выделится в нити накала электрической лампы за 20 с, если при напряжении 5 В сила тока в ней 0,2 А; за 1 мин; за 0,5 ч; за 5 ч? |
| 3263. На баллоне одной электрической лампы написано 100 Вт; 220 В, а другой — 60 Вт; 127 В. Какое количество теплоты выделяет каждая лампа ежесекундно, будучи включенной в сеть напряжением, на которое она рассчитана? Сравните силу тока в лампах. |
| 3264. Напряжение в сети 220 В. Вычислите для каждого прибора значения электрических величин (рис. 354):1. />,=100 Вт, /,-? Л,-? б,-? 2./2 = ЗА,Р2-?Л2-? 02-?3. Д3 = 440 Ом, Ръ — ? /3 — ? ез — ?4. 6=400 Дж, Р — ? /4 — ? Л4 — ? |
3265. Электрический чайник включен в сеть напряжением 220 В. Определите, какое количество теплоты выделяется в чайнике за каждую секунду, если сопротивление нагревательного элемента чайника равно 38,7 Ом; определите мощность тока, потребляемого чайником.
|
| 3266. Что произойдет с магнитной стрелкой, если цепь замкнуть (рис. 355)? Ответ обоснуйте. |
| 3267. Изменится ли поведение магнитной стрелки (см. условие предыдущей задачи), если направление тока в цепи изменить? Ответ обоснуйте. |
| 3268. Останется ли в покое магнитная стрелка, если к ней приблизить проводник с током (рис. 356)? Ответ обоснуйте. |
| 3269. Можно ли, используя компас, определить, есть ли в проводнике прямой ток? Ответ объясните. |
| 3270. Будет ли отклоняться магнитная стрелка, если провод, по которому идет ток, согнут вдвое, как показано на рисунке 357? |
3271. На тонких проволоках подвешена катушка (рис. 358). Если по катушке пропустить ток, то она притягивается к магниту. В чем причина наблюдаемого вами явления?
|
| 3272. На тонких проволоках подвешены две катушки (рис. 359). Почему они притягиваются (или отталкиваются), если по ним пропускать электрический ток? |
| 3273. Изготовляя самодельный электромагнит, можно ли неизолированный провод наматывать на железный сердечник? |
| 3274. Почему магнитное действие катушки, по которой идет ток, усиливается, когда в нее вводят железный сердечник? |
| 3275. При работе электромагнитного подъемного крана часть груза не оторвалась от полюсов электромагнита при выключении тока. Крановщик пропустил через обмотку слабый ток обратного направления, и груз отпал. Объясните почему. |
3276. На рисунке 360 изображена схема автоматического электромагнитного предохранителя. Стрелкой показано направление тока. Буквами обозначено: М — электромагнит; Я — якорь; П— пружины; Р— рычаг. Рассмотрите рисунок. Объясните действие такого электромагнитного выключателя.
|
| 3277. К каким зажимам электромагнитного реле Р (рис. 361) следует подключать цепь с током малой силы, а к каким — рабочую цепь? |
| 3278. Нарисуйте, как должны быть выполнены соединения приборов (рис. 361), чтобы при замыкании рубильника загоралась красная лампа К, а при размыкании — зеленая 3. |
| 3279. Нарисуйте, как надо выполнить соединения, чтобы при замыкании рубильника загоралась красная лампа К (рис. 362), а при размыкании — зеленая 3. |
| 3280. Почему два гвоздя, притянувшиеся к магниту, расходятся противоположными свободными концами? |
| 3281. Какой полюс появится у заостренного конца железного гвоздя, если к его шляпке приблизить южный полюс стального магнита? |
3282. Если магнит дугообразный, то гвоздь одним концом притягивается к одному полюсу, а другим — к другому. Почему?
|
| 3283. К одному из полюсов магнитной стрелки ученица приблизила иголку. Полюс стрелки притянулся к иголке. Может ли это служить доказательством того, что игла была намагничена? |
| 3284. Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и других материалов, но не из железа? |
| 3285. Перед вами два совершенно одинаковых стальных стержня. Один из них намагничен. Как определить» какой стержень намагничен, не имея в своем распоряжении никаких вспомогательных средств? |
| 3286. Начертите (приблизительно) расположение нескольких магнитных линий для двух магнитов» расположенных так, как показано на рисунке 363. |
3287. Покажите, как расположится магнитная стрелка, если ее поместить в точках А, В, С магнитного поля магнита (рис. 364).
|
| 3288. Почему, если замкнуть цепь (рис. 365), алюминиевый стержень М придет в движение (покатится)? |
| 3289. Рамка с током, помещенная в магнитное поле, поворачивается в направлении, показанном стрелками (рис. 366). Укажите два способа, применяя которые можно изменить направление поворота рамки на противоположное. |
| 3290. Опишите все превращения и переходы энергии, которые происходят при замыкании цепи тока в опытной установке (см. рис. 365). |
| 3291. Рис. 3671483*о Укажите полюсы магнитов (рис. 367), учитывая, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный его полюс. |
3292. В тетради начертите таблицу. В ней распределите тела, являющиеся естественными или искусственными источниками света: Солнце, свеча, экран телевизора, звезды, гнилушки, лампы дневного света, молния, газовая горелка, полярные сияния, экран дисплея. Источники света естественные искусственные
|
| 3293. Какой источник света позволяет вам читать эти строки: естественный или искусственный? Назовите этот источник света. |
Учебник по физике: Новый взгляд на электроэнергию
В предыдущем разделе урока 3 подробно рассматривалась зависимость тока от разности электрических потенциалов и сопротивления. Сила тока в электрическом устройстве прямо пропорциональна разности электрических потенциалов, приложенных к устройству, и обратно пропорциональна сопротивлению устройства. Если это так, то скорость, с которой это устройство преобразует электрическую энергию в другие формы, также зависит от силы тока, разности электрических потенциалов и сопротивления. В этом разделе урока 3 мы вернемся к концепции мощности и разработаем новые уравнения, выражающие мощность через ток, разность электрических потенциалов и сопротивление.
Новые уравнения для мощности
На уроке 2 было введено понятие электрической мощности.
Электрическая мощность определялась как скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Уравнение для расчета мощности, подаваемой в цепь или потребляемой нагрузкой, было получено следующим образом:
P = ΔV • I
(Уравнение 1)
Две величины, от которых зависит мощность, связаны с сопротивлением нагрузки по закону Ома. Разность электрических потенциалов ( ΔV ) и ток ( I ) могут быть выражены через их зависимость от сопротивления, как показано в следующих уравнениях.
|
|
|
Если выражения для разности электрических потенциалов и тока подставить в уравнение мощности, можно вывести два новых уравнения, которые связывают мощность с током и сопротивлением и с разностью электрических потенциалов и сопротивлением.
Эти производные показаны ниже.
|
P = ΔV • I P = (I • R) • I П = И 2 • Р |
P = ΔV • I P = ΔV • (ΔV / R) P = ΔV 2 / R |
Теперь у нас есть три уравнения для электрической мощности, два из которых получены из первого с использованием уравнения закона Ома. Эти уравнения часто используются в задачах, связанных с вычислением мощности по известным значениям разности электрических потенциалов (ΔV), тока (I) и сопротивления (R). Уравнение 2 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с током в устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную значимость тока в уравнении, обозначенную квадратом тока.
Уравнение 2 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и ток. Если какое-либо из них неизвестно, то необходимо либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 2.
Уравнение 3 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с падением напряжения на устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную значимость падения напряжения, обозначенную квадратом ΔV. Уравнение 3 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и падение напряжения. Если одно из них неизвестно, важно либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 3.
Концепции на первом месте
Хотя эти три уравнения дают удобные формулы для вычисления неизвестных величин в физических задачах, нужно быть осторожным, чтобы не злоупотреблять ими, игнорируя концептуальные принципы, касающиеся схем. Для иллюстрации предположим, что вам задали такой вопрос: если заменить 60-ваттную лампочку в бытовой лампе на 120-ваттную, то во сколько раз увеличится ток в цепи этой лампы? Используя уравнение 2, можно было бы сделать вывод (ошибочный), что удвоение мощности означает, что I 2 количество должно быть удвоено. Таким образом, ток должен был бы увеличиться в 1,41 раза (квадратный корень из 2). Это пример неправильного рассуждения, потому что он удаляет математическую формулу из контекста электрических цепей. Принципиальная разница между 60-ваттной и 120-ваттной лампочкой заключается не в силе тока в лампочке, а в сопротивлении лампочки. Эти две лампочки отличаются сопротивлением; разница в токе есть просто следствие этой разницы в сопротивлении. Если лампочки находятся в патроне лампы, который подключен к настенной розетке в США, то можно быть уверенным, что разность электрических потенциалов составляет около 120 вольт. ΔV будет одинаковым для каждой лампочки. Лампа мощностью 120 Вт имеет меньшее сопротивление; и, используя закон Ома, можно было бы ожидать, что он также имеет более высокий ток.
Фактически 120-ваттная лампа будет иметь силу тока 1 ампер и сопротивление 120 Ом; 60-ваттная лампа будет иметь силу тока 0,5 А и сопротивление 240 Ом.
|
P = ΔV • I I = P/ΔV I = (120 Вт) / (120 В) I = 1 А
ΔV = I • R R = ΔV / I R = (120 В) / (1 А) R = 120 Ом |
P = ΔV • I I = P/ΔV I = (60 Вт) / (120 В) I = 0,5 А
ΔV = I • R R = ΔV / I R = (120 В) / (0,5 А) R = 240 Ом |
Теперь, правильно используя уравнение 2, можно понять, почему удвоение мощности означает удвоение силы тока, поскольку сопротивление также меняется при замене лампы.
Расчет тока ниже дает тот же результат, что и показанный выше.
|
P = I 2 • R I 2 = П/Р I 2 = (120 Вт) / (120 Ом) I 2 = 1 Вт/Ом I = SQRT (1 Вт/Ом) I = 1 А |
П = И 2 • Р I 2 = П/Р I 2 = (60 Вт) / (240 Ом) я 2 = 0,25 Вт/Ом I = SQRT (0,25 Вт/Ом) I = 0,5 А |
Проверьте свое понимание
1. Что будет толще (шире) — нить накаливания 60-ваттной лампочки или нить накаливания 100-ваттной лампочки? Объяснять.
2. Рассчитайте сопротивление и силу тока лампы ночного освещения мощностью 7,5 Вт, включенной в бытовую розетку США (120 В).
3. Рассчитайте сопротивление и силу тока электрического фена мощностью 1500 Вт, подключенного к бытовой розетке США (120 В).
4. Коробка на настольной пиле указывает, что сила тока при запуске составляет 15 ампер. Определить сопротивление и мощность двигателя за это время.
5. На наклейке проигрывателя компакт-дисков указано, что при питании от 9-вольтовой батареи он потребляет 288 мА тока. Какова мощность (в ваттах) проигрывателя компакт-дисков?
6. Тостер мощностью 541 Вт подключен к бытовой розетке 120 В. Каково сопротивление (в омах) тостера?
7. Цветной телевизор имеет ток 1,99 А при подключении к бытовой сети 120 Вольт.
Каково сопротивление (в омах) телевизора? А какая мощность (в ваттах) у телевизора?
Перейти к следующему уроку:
Математическая задача: нить накаливания лампочки
Нить накала лампочки имеет удельное сопротивление 1 Ом и подключена к напряжению 220 В. Какой электрический заряд пройдет через волокно, если электрический ток проходит в течение 10 секунд?
Правильный ответ:
Q = 2200 C
Пошаговое объяснение:
U=220 В R=1 Ом I=U/R=220/1=220 A t=10 с I = Q/ tQ=I⋅t=220⋅10=2200C
Вы нашли ошибку или неточность? Не стесняйтесь
написать нам
. Спасибо!
Для решения этой словесной математической задачи необходимо знать следующие знания:
Единицы физических величин:
- энергия
Темы, темы:
- электрические инженерия
- практика для 13-летних
- практика для 14-летних
- Сопротивление 49711
Нить накала лампы ближнего света автомобиля имеет сопротивление 5 Ом.
Какой электрический ток протекает через него при напряжении стандартного автомобильного аккумулятора 12 В? - Сопротивление 80472
Через электрическую лампочку, подключенную к напряжению 6 В, протекает ток силой 0,2 А. Чему равно сопротивление раскаленной нити накала? - Подключен 6668
В цепи последовательно соединены три лампочки. Через какую лампочку проходит наибольший электрический ток? - Электрооборудование 5720
Лампа подключена к источнику питания 4,5 В. Через нить накаливания лампочки протекает электрический ток силой 45 мА. Расчетная величина электрического поля лампы накаливания - Сопротивление 44921
Сопротивление лампы при подводимой мощности 40 Вт равно 10 Ом. К какому источнику напряжения он подключен? Какой ток через него проходит? - Лампа
Каково сопротивление лампы накаливания, когда она подключена к батарее 9 В и имеет ток 120 мА? - Сопротивление проводника
Рассчитайте значение сопротивления электрического проводника, если он подключен к напряжению 12 В и по нему проходит электрический ток силой 0,3 А. - Электрический 25011
Какое напряжение мы измеряем на резисторе 400 Ом, когда через него проходит электрический ток силой 55 мА? - Лампы
Лампы соединены последовательно с двумя лампочками и одним резистором. Каждая лампочка имеет удельное сопротивление 100 Ом и резистор 60 Ом. Источник напряжения в схеме 24 вольта. Знаете ли вы, какое напряжение измерять на отдельных приборах? - Сетевое напряжение
Сколько электрического тока протекает через прибор с сопротивлением 40 кОм, подключенный к сети (230 В)? - Спираль плиты
По спирали электрической плиты протекает ток силой 4,4 А. Он подключен к напряжению 220 В. Каково сопротивление спирали? - Сопротивления 80604
Резисторы сопротивлением 6 Ом и 10 Ом соединены последовательно на напряжение 24 В. а) Какой ток проходит через них? б) Каковы напряжения на отдельных резисторах? - Поперечное сечение 6663
Электрический ток 500 мА. Какой электрический заряд пройдет через поперечное сечение проводника за 4 с? - Сопротивление 31421
Какое сопротивление должен иметь электрический элемент, чтобы пропустить через него ток силой 4,4 А при напряжении 220 В? - Указатель поворота
Какое напряжение подключается к лампе указателя поворота сопротивлением 7400 мОм при прохождении через нее тока силой 1,6 А? - Поперечное сечение 5721
Рассчитайте, какой электрический ток протекает по цепи, если через поперечное сечение проводника за 30 секунд проходит электрический заряд 3 Кл (C — единица СИ — кулон).
основы физики1
Какой электрический ток протекает через него при напряжении стандартного автомобильного аккумулятора 12 В? 
Добавить комментарий