Примерни въпроси и формули за електрическа енергия и мощност
Енергия и електрическа енергия
1. Цената на електроенергията за kWh е 400 рупии. В една къща телевизор с мощност 100 вата работи средно по 4 часа на ден, а две лампи с мощност по 20 вата се използват по 10 часа на ден. Цената на електроенергията на месец (30 дни) е….
A. 4 800 рупии
Б. 9 600 рупии
C. 19 200 рупии
D. 21 120 рупии
Дискусия
Известно е, че:
Цената на електроенергията е 400 рупии/кВтч.
Мощност на телевизора = 1 x 100 вата = 100 вата и време на използване на телевизора = 4 часа x 30 = 120 часа
Мощност на лампата = 2 x 20 вата = 40 вата и време на работа на лампата = 10 часа x 30 = 300 часа
Попитано: Цена на потреблението на електроенергия на месец
Отговор:
Електрическа енергия = електрическа мощност x време на потребление
Електрическа енергия на телевизора = 100 вата x 120 часа = 12 000 ватчаса
Енергия на лампата = 40 вата x 300 часа = 12 000 ватчаса
Обща енергия = 12 000 ватчаса + 12 000 ватчаса = 24 000 ватчаса = 24 киловатчаса = 24 киловатчаса = 24 kWh
Цена на потреблението на електроенергия на месец = (24 kWh)(400 рупии/kWh) = (24)(400 рупии) = 9 600 рупии
Верният отговор е Б.
2. Две лампи, всяка с обозначение 24 вата / 12 волта, са свързани паралелно, след което са свързани последователно с резистор от 2 ома. Тази верига след това се свързва към източник на напрежение, така че и двете лампи светят само с 25% от максималната си яркост. Ако едната лампа внезапно се счупи, другата лампа ще светне с ток….
A. 12 вата
Б. 7,5 вата
C. 6 вата
Г. 3 вата
Дискусия
Формула за мощност:
P = VI
I = PV
atau
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / Р
R = V2 / P
atau
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Описание: P = електрическа мощност, V = електрическо напрежение, I = електрически ток, R = съпротивление на лампата
Изчислете съпротивлението на веригата:
Две лампи са обозначени с 24 вата / 12 волта, което означава, че всяка лампа ще свети с максимална мощност от 24 вата, когато е свързана към напрежение 12 волта.
Съпротивлението на всяка лампа се изчислява по формулата за мощност:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 ома
Двете лампи са свързани паралелно, така че еквивалентното съпротивление е:
1 / R12 = 1/R1 +1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ома
Двете лампи са свързани последователно с резистор от 2 ома, така че еквивалентното съпротивление е:
R = 3 ома + 2 ома = 5 ома
Така че съпротивлението на веригата = R = 5 ома.
Изчислете електрическия ток, протичащ във веригата:
Ако и двете лампи са включени с ниво на яркост 25%, тогава и двете лампи са включени с мощност 25/100 x 24 вата = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 вата.
Електрическият ток, протичащ през лампата, се изчислява по формулата за мощност:
I2 = P / R = 6 вата / 6 ома = 1 ампер
Електрическият ток, протичащ през всяка лампа, е 1 ампер. Двете лампи са свързани паралелно, така че съгласно първия закон на Кирхоф, общият електрически ток, протичащ през двете лампи, е 2 ампера. Двете лампи са свързани последователно с резистор от 2 ома, така че електрическият ток, протичащ през резистора от 2 ома, също е 2 ампера.
Така че електрическият ток, протичащ във веригата, е I = 2 ампера.
Изчислете напрежението на източника на ЕДС:
Електрическото напрежение е:
V = IR = (2 ампера)(5 ома) = 10 волта
Това е напрежението на източника на ЕМП, чиято стойност не се променя нито преди счупването на една от лампите, нито след счупването на една от лампите.
Изчислете съпротивлението на веригата след като една от лампите изгасне:
Ако едната от лампите се повреди, другата, която все още свети, се свързва последователно с резистор от 2 ома. По този начин съпротивлението на веригата се променя на:
R = 6 ома + 2 ома = 8 ома
Изчислете електрическия ток, протичащ във веригата след като една от лампите изгори:
Електрическият ток, протичащ във веригата, е:
I = V / R = 10 волта / 8 ома = 1,25 ампера
Лампата и резисторът са свързани последователно, така че електрическият ток, протичащ във веригата, = електрическият ток, протичащ в лампата, = електрическият ток, протичащ в резистора.
Изчислете мощността на лампата:
След като едната от лампите се счупи, останалите светват с мощност:
P = VI = (10 волта) (1,25 ампера) = 12,5 вата
Движение на електрони
3. Известно е, че масата на електрона е 9,1 x 10-31 кг и електронен заряд 1,6 x 10-19 C. Потенциалната разлика, необходима за ускоряване на електрон от скорост 1 x 105 m/s става 3 x 105 м/с е….
А. 28,4375 mV
Б. 56,875 mV
°C 113,75 mV
D. 227,5 mV
Дискусия
Известно е, че:
Маса на електрона (m) = 9,1 x 10-31 kg
Електронен заряд (q) = 1,6 x 10-19 C
Начална скорост (vo) = 1 x 105 м/с —> вo2 = 1 х 1010 m2/s2
Крайна скорост (vt) = 3 x 105 м/с —> вt2 = 9 x 10^10 м2/s2
Попитано: Потенциалната разлика (V), необходима за ускоряване на електрон
Отговор:
Промяна в електрическата потенциална енергия = q V = (1,6 x 10-19 В) V
Промяна в кинетичната енергия = EKt – ЕКo = 1/2 м (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 кг)(9 x 1010 m2/s2 - 1 х 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 кг)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 кг м2/s2
Енергията е вечна, така че електрическата потенциална енергия се превръща в кинетична енергия:
Загуба в Премиър Лийг = поява на EK
(1,6 х 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 х 10-19
V = 22,75 x 10-2 Волт
V = 227,5 x 10-3 Волт
V = 227,5 миливолта
Верният отговор е Д.
4. Въпроси за Националната олимпиада по природни науки за 2011 г. за прогимназии на ниво Регентство/Сити, № 56
В лаборатория лъч от електрони се изстрелва на север. Отгоре се наблюдава, че лъчът се огъва наляво. След това лъч от електрони се изстрелва на юг. Отгоре се наблюдава, че лъчът се огъва наляво. Това означава, че има…
A. електрическо поле, което сочи на запад
Б. електрическо поле, насочено на изток
C. магнитно поле, насочено нагоре
D. магнитно поле, насочено надолу
Дискусия
Електроните са електрически заредени и могат да бъдат движени от електрически или магнитни сили, когато са в електрическо или магнитно поле. Разликата е, че електрическите сили могат да движат електрони както когато са в покой, така и когато се движат, докато магнитните сили могат да движат електрони само когато се движат.
Друга разлика е, че електрическата сила е в същата посока като електрическото поле, докато магнитната сила е перпендикулярна на магнитното поле. Така че, ако един електрон се движи от електрическа сила, посоката на неговото движение е същата като посоката на електрическото поле. Обратно, ако един електрон се движи от магнитна сила, посоката на неговото движение е същата като посоката на магнитната сила, която е перпендикулярна на посоката на магнитното поле.
Въз основа на горния въпрос изглежда, че когато електронът е изстрелян на север, той се отклонява наляво (към запад), а когато е изстрелян на юг, той се отклонява наляво (към изток). Ако електронът е отклонен от електрическа сила, тогава посоката на електрическата сила, която е същата като посоката на електрическото поле, винаги се променя. Посоката на електрическото поле трябва да е постоянна. Следователно, електронът не се отклонява от електрическата сила.
Може да се заключи, че магнитната сила отклонява електроните. За да определите посоката на магнитната сила (посоката, в която се отклоняват електроните), посоката на магнитното поле и посоката, в която се изстрелват електроните, използвайте правилото на дясната ръка.
Приложете правилото за дясната ръка, както е обяснено по-долу. Изпънете дясната си ръка, изправете палеца си и съберете останалите си четири пръста. Поставете палеца си така, че да сочи на север (посоката на движение на електроните), а четирите ви пръста да сочат на запад (посоката на магнитната сила = посоката на отклонение на електроните), тогава гърбът на дясната ви ръка ще сочи надолу (посоката на магнитното поле). Обратно, позиционирайте палеца си така, че да сочи на юг (посоката на движение на електроните), а четирите ви пръста да сочат на изток (посоката на магнитната сила = посоката на отклонение на електроните), тогава гърбът на дясната ви ръка ще сочи надолу (посоката на магнитното поле). Може да се заключи, че електронът е в магнитно поле, насочено надолу.
Верният отговор е Д.
Източник на въпроса:
Въпроси за OSN по физика в прогимназията
