Primjeri pitanja i formula za električnu energiju i snagu
Energija i električna energija
1. Cijena električne energije po kWh iznosi 400 Rp. U kući, TV od 100 W radi u prosjeku 4 sata dnevno, a dvije lampe od po 20 W koriste se 10 sati dnevno. Mjesečni trošak potrošnje električne energije (30 dana) iznosi….
A. 4.800 rupija
B. 9.600 rupija
C. 19.200 rupija
D. 21.120 rupija
Diskusija
Poznato je da:
Cijena električne energije je 400 Rp./kWh
Snaga TV-a = 1 x 100 W = 100 W i vrijeme korištenja TV-a = 4 sata x 30 = 120 sati
Snaga lampe = 2 x 20 W = 40 W i vrijeme korištenja lampe = 10 sati x 30 = 300 sati
Pitao/la: Trošak potrošnje električne energije po mjesecu
Odgovor:
Električna energija = električna snaga x vrijeme korištenja
Električna energija TV-a = 100 W x 120 sati = 12.000 W sati
Energija lampe = 40 W x 300 sati = 12.000 W sati
Ukupna energija = 12.000 vat sati + 12.000 vat sati = 24.000 vat sati = 24 kilovat sati = 24 kilovat sati = 24 kWh
Mjesečni trošak potrošnje električne energije = (24 kWh)(400 Rp/kWh) = (24)(400 Rp) = 9.600 Rp
Tačan odgovor je B.
2. Dvije lampe, svaka označena sa 24 W / 12 V, spojene su paralelno, a zatim serijski s otpornikom od 2 Oma. Ovo kolo se zatim spaja na izvor napona tako da obje lampe svijetle samo sa 25% svoje maksimalne svjetline. Ako jedna lampa iznenada pregori, druga lampa će se upaliti...
A. 12 W
B. 7,5 W
C. 6 W
D. 3 W
Diskusija
Formula snage:
P = VI
I = PV
ili
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
ili
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Opis: P = električna snaga, V = električni napon, I = električna struja, R = otpor lampe
Izračunajte otpor strujnog kola:
Dvije lampe su označene sa 24 W / 12 V, što znači da će svaka lampa svijetliti maksimalnom snagom od 24 W kada je spojena na napon od 12 V.
Otpor svake lampe se izračunava pomoću formule za snagu:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 oma
Dvije lampe su spojene paralelno, tako da je ekvivalentni otpor:
1 / R12 = 1/R1 +1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 oma
Dvije lampe su spojene serijski s otpornikom od 2 oma, tako da je ekvivalentni otpor:
R = 3 oma + 2 oma = 5 oma
Dakle, otpor strujnog kola = R = 5 oma.
Izračunajte električnu struju koja teče u strujnom kolu:
Ako su oba svjetla upaljena sa nivoom svjetline od 25%, onda su oba svjetla upaljena sa snagom od 25/100 x 24 W = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 W.
Električna struja koja teče kroz lampu izračunava se pomoću formule za snagu:
I2 = P / R = 6 W / 6 Oma = 1 Amper
Električna struja koja teče kroz svaku lampu je 1 amper. Dvije lampe su spojene paralelno, tako da je, prema Kirchhoffovom prvom zakonu, ukupna električna struja koja teče kroz obje lampe 2 ampera. Dvije lampe su spojene serijski s otpornikom od 2 oma, tako da je električna struja koja teče kroz otpornik od 2 oma također 2 ampera.
Dakle, električna struja koja teče u kolu = I = 2 ampera.
Izračunajte napon izvora elektromotorne sile:
Električni napon je:
V = IR = (2 ampera)(5 oma) = 10 volti
Ovo je napon izvora EMF-a čija se vrijednost ne mijenja ni prije nego što jedna od lampi pregori ni nakon što jedna od lampi pregori.
Izračunajte otpor strujnog kola nakon što se jedna od sijalica upali:
Ako se jedno od svjetla pokvari, drugo svjetlo koje još uvijek svijetli spojeno je serijski s otpornikom od 2 oma. Stoga se otpor strujnog kola mijenja u:
R = 6 oma + 2 oma = 8 oma
Izračunajte električnu struju koja teče kroz strujno kolo nakon što se jedna od sijalica upali:
Električna struja koja teče u kolu je:
I = V / R = 10 volti / 8 oma = 1,25 ampera
Lampa i otpornik su spojeni serijski tako da je električna struja koja teče u kolu = električna struja koja teče u lampi = električna struja koja teče u otporniku.
Izračunajte snagu lampe:
Nakon što se jedno svjetlo upali, ostala svjetla se upale snagom od:
P = VI = (10 volti) (1,25 ampera) = 12,5 vati
Kretanje elektrona
3. Poznato je da je masa elektrona 9,1 x 10-31 kg i naboj elektrona 1,6 x 10-19 C. Razlika potencijala potrebna za ubrzanje elektrona od brzine 1 x 105 m/s postaje 3 x 105 m/s je….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Diskusija
Poznato je da:
Masa elektrona (m) = 9,1 x 10-31 kg
Naboj elektrona (q) = 1,6 x 10-19 C
Početna brzina (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Konačna brzina (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Pitao/la: Razlika potencijala (V) potrebna za ubrzanje elektrona
Odgovor:
Promjena električne potencijalne energije = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Promjena kinetičke energije = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 kg)(9 x 1010 m2/s2 - 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 kg m2/s2
Energija je vječna, tako da se električna potencijalna energija pretvara u kinetičku energiju:
Izgubljena Premier liga = Pojavio se EK
(1,6 x 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 milivolti
Tačan odgovor je D.
4. Pitanja za Nacionalnu naučnu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na nivou Regency/City br. 56
U laboratoriji, snop elektrona se ispaljuje prema sjeveru. Odozgo se primjećuje da se snop savija ulijevo. Zatim se snop elektrona ispaljuje prema jugu. Odozgo se primjećuje da se snop savija ulijevo. To znači da postoji…
A. električno polje koje pokazuje prema zapadu
B. električno polje koje pokazuje prema istoku
C. magnetsko polje usmjereno prema gore
D. magnetsko polje usmjereno prema dolje
Diskusija
Elektroni su električno nabijeni i mogu se kretati električnim ili magnetskim silama kada se nalaze u električnom ili magnetskom polju. Razlika je u tome što električne sile mogu kretati elektrone i kada miruju i kada se kreću, dok magnetske sile mogu kretati elektrone samo kada se kreću.
Druga razlika je u tome što je električna sila u istom smjeru kao i električno polje, dok je magnetska sila okomita na magnetsko polje. Dakle, ako elektron pokreće električna sila, smjer njegovog kretanja je isti kao i smjer električnog polja. Obrnuto, ako elektron pokreće magnetska sila, smjer njegovog kretanja je isti kao i smjer magnetske sile, koja je okomita na smjer magnetskog polja.
Na osnovu gornjeg pitanja, čini se da kada se elektron ispaljuje prema sjeveru, on se skreće ulijevo (prema zapadu), a kada se ispaljuje prema jugu, on se skreće ulijevo (prema istoku). Ako elektron skreće električna sila, onda se smjer električne sile, koji je isti kao i smjer električnog polja, uvijek mijenja. Smjer električnog polja trebao bi biti konstantan. Stoga, elektron se ne skreće električnom silom.
Može se zaključiti da magnetska sila skreće elektrone. Da biste odredili smjer magnetske sile (smjer skrećanja elektrona), smjer magnetskog polja i smjer izbacivanja elektrona, koristite pravilo desne ruke.
Primijenite pravilo desne ruke kao što je objašnjeno u nastavku. Ispružite desnu ruku, ispravite palac i zatvorite ostala četiri prsta. Postavite palac tako da pokazuje sjever (smjer kretanja elektrona), a četiri prsta prema zapadu (smjer magnetske sile = smjer otklona elektrona), tada će nadlanica vaše desne ruke biti usmjerena prema dolje (smjer magnetskog polja). Obrnuto, postavite palac tako da pokazuje jug (smjer kretanja elektrona), a četiri prsta prema istoku (smjer magnetske sile = smjer otklona elektrona), tada će nadlanica vaše desne ruke biti usmjerena prema dolje (smjer magnetskog polja). Može se zaključiti da se elektron nalazi u magnetskom polju koje je usmjereno prema dolje.
Tačan odgovor je D.
Izvor pitanja:
Pitanja OSN za fiziku u osnovnoj školi
