Exemples de preguntes i fórmules per a l'energia elèctrica i la potència
Energia i potència elèctrica
1. La tarifa d'electricitat per kWh és de 400 rupies. En una casa, un televisor de 100 watts funciona una mitjana de 4 hores al dia i dues làmpades de 20 watts cadascuna s'utilitzen durant 10 hores al dia. El cost del consum d'electricitat al mes (30 dies) és...
A. 4.800 rupies
B. 9.600 rupies
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Discussió
Se sap que:
La tarifa elèctrica és de 400 rupies/kWh.
Potència del televisor = 1 x 100 watts = 100 watts i temps d'ús del televisor = 4 hores x 30 = 120 hores
Potència de la làmpada = 2 x 20 Watt = 40 Watt i temps d'ús de la làmpada = 10 hores x 30 = 300 hores
Preguntat: Cost del consum d'electricitat al mes
Resposta:
Energia elèctrica = potència elèctrica x temps d'ús
Energia elèctrica del televisor = 100 watts x 120 hores = 12.000 watts hora
Energia de la làmpada = 40 watts x 300 hores = 12.000 watts hora
Energia total = 12.000 watts hora + 12.000 watts hora = 24.000 watts hora = 24 quilowatts hora = 24 quilowatts hora = 24 kWh
Cost del consum d'electricitat al mes = (24 kWh)(400 rupies/kWh) = (24)(400 rupies) = 9.600 rupies
La resposta correcta és B.
2. Dues làmpades, cadascuna etiquetada com a 24 Watts / 12 Volts, es connecten en paral·lel i després es connecten en sèrie amb una resistència de 2 Ohms. Aquest circuit es connecta a una font de tensió de manera que ambdues làmpades s'encenen només al 25% de la seva brillantor màxima. Si una làmpada s'espatlla de sobte, l'altra làmpada s'encendrà amb energia...
A. 12 watts
B. 7,5 watts
C. 6 watts
D. 3 watts
Discussió
Fórmula de potència:
P = VI
I = PV
o bé
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 /R
R = V2 / P
o bé
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Descripció: P = potència elèctrica, V = voltatge elèctric, I = corrent elèctric, R = resistència de la làmpada
Calcula la resistència del circuit:
Dues làmpades estan marcades com a 24 watts / 12 volts cadascuna, és a dir, que cada làmpada s'il·luminarà amb una potència màxima de 24 watts quan es connecti a un voltatge de 12 volts.
La resistència de cada làmpada es calcula mitjançant la fórmula de potència:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 ohms
Les dues làmpades estan connectades en paral·lel, de manera que la resistència equivalent és:
1 / R12 = 1 / R1 + 1 / R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ohms
Les dues làmpades estan connectades en sèrie amb una resistència de 2 ohms, de manera que la resistència equivalent és:
R = 3 ohms + 2 ohms = 5 ohms
Per tant, la resistència del circuit és R = 5 Ohms.
Calcula el corrent elèctric que circula pel circuit:
Si ambdues llums estan enceses amb un nivell de brillantor del 25%, aleshores ambdues llums estan enceses amb una potència de 25/100 x 24 Watts = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watts.
El corrent elèctric que circula per la làmpada es calcula mitjançant la fórmula de potència:
I2 = P / R = 6 Watts / 6 Ohms = 1 Ampere
El corrent elèctric que flueix per cada làmpada és d'1 ampere. Les dues làmpades estan connectades en paral·lel, de manera que, segons la primera llei de Kirchhoff, el corrent elèctric total que flueix per les dues làmpades és de 2 amperes. Les dues làmpades estan connectades en sèrie amb una resistència de 2 ohms, de manera que el corrent elèctric que flueix per la resistència de 2 ohms també és de 2 amperes.
Per tant, el corrent elèctric que circula pel circuit = I = 2 amperes.
Calcula el voltatge de la font de força electromotriu:
El voltatge elèctric és:
V = IR = (2 amperes)(5 ohms) = 10 volts
Aquest és el voltatge de la font de força electromotriu (EMF) el valor de la qual no canvia ni abans que es trenqui una de les làmpades ni després que es trenqui una de les làmpades.
Calcula la resistència del circuit després que s'apagui una de les làmpades:
Si una de les llums s'esvaeix, l'altra llum que encara està encesa es connecta en sèrie amb una resistència de 2 Ohms. Així, la resistència del circuit canvia a:
R = 6 ohms + 2 ohms = 8 ohms
Calcula el corrent elèctric que circula pel circuit després que s'encengui una de les làmpades:
El corrent elèctric que circula pel circuit és:
I = V / R = 10 volts / 8 ohms = 1,25 amperes
La làmpada i la resistència estan connectades en sèrie de manera que el corrent elèctric que circula pel circuit = el corrent elèctric que circula per la làmpada = el corrent elèctric que circula per la resistència.
Calcula la potència de la làmpada:
Després que una de les llums s'apagui, les altres llums s'encenen amb una potència de:
P = VI = (10 volts) (1,25 amperes) = 12,5 watts
moviment d'electrons
3. Se sap que la massa d'un electró és de 9,1 x 10-31 kg i càrrega d'electrons 1,6 x 10-19 C. La diferència de potencial necessària per accelerar un electró des d'una velocitat d'1 x 105 m/s es converteix en 3 x 105 m/s és….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Discussió
Se sap que:
Massa d'electrons (m) = 9,1 x 10-31 kg
Càrrega de l'electró (q) = 1,6 x 10-19 C
Velocitat inicial (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Velocitat final (v)t) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Preguntat: La diferència de potencial (V) necessària per accelerar un electró
Resposta:
Canvi d'energia potencial elèctrica = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Canvi d'energia cinètica = 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
L'energia és eterna, de manera que l'energia potencial elèctrica es transforma en energia cinètica:
EPL perduda = EK va aparèixer
(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 mil·livolts
La resposta correcta és D.
4. Preguntes de l'Olimpíada Nacional de Ciències 2011 per a escoles de secundària de primer cicle a nivell de Regency/City núm. 56
En un laboratori, es dispara un feix d'electrons cap al nord. Des de dalt, s'observa que el feix es doblega cap a l'esquerra. Després, es dispara un feix d'electrons cap al sud. Des de dalt, s'observa que el feix es doblega cap a l'esquerra. Això significa que hi ha...
A. camp elèctric que apunta cap a l'oest
B. camp elèctric que apunta cap a l'est
C. camp magnètic dirigit cap amunt
D. camp magnètic dirigit cap avall
Discussió
Els electrons tenen càrrega elèctrica i es poden moure mitjançant forces elèctriques o magnètiques quan es troben en un camp elèctric o magnètic. La diferència és que les forces elèctriques poden moure electrons tant quan estan en repòs com quan estan en moviment, mentre que les forces magnètiques només poden moure electrons quan estan en moviment.
Una altra diferència és que la força elèctrica té la mateixa direcció que el camp elèctric, mentre que la força magnètica és perpendicular al camp magnètic. Per tant, si un electró és mogut per una força elèctrica, la direcció del seu moviment és la mateixa que la direcció del camp elèctric. Per contra, si un electró és mogut per una força magnètica, la direcció del seu moviment és la mateixa que la direcció de la força magnètica, que és perpendicular a la direcció del camp magnètic.
Basant-nos en la pregunta anterior, sembla que quan un electró es dispara cap al nord, es desvia cap a l'esquerra (cap a l'oest), i quan es dispara cap al sud, es desvia cap a l'esquerra (cap a l'est). Si un electró és desviat per una força elèctrica, la direcció de la força elèctrica, que és la mateixa que la direcció del camp elèctric, sempre canvia. La direcció del camp elèctric hauria de ser constant. Per tant, l'electró no és desviat per la força elèctrica.
Es pot concloure que la força magnètica desvia els electrons. Per determinar la direcció de la força magnètica (la direcció en què es desvien els electrons), la direcció del camp magnètic i la direcció en què es disparen els electrons, utilitzeu la regla de la mà dreta.
Aplica la regla de la mà dreta tal com s'explica a continuació. Estén la mà dreta, estira el polze i tanca els altres quatre dits. Col·loca el polze de manera que apunti cap al nord (la direcció del moviment dels electrons) i els quatre dits apuntin cap a l'oest (la direcció de la força magnètica = la direcció de la desviació dels electrons), i el dors de la mà dreta apuntarà cap avall (la direcció del camp magnètic). Per contra, col·loca el polze de manera que apunti cap al sud (la direcció del moviment dels electrons) i els quatre dits apuntin cap a l'est (la direcció de la força magnètica = la direcció de la desviació dels electrons), i el dors de la mà dreta apuntarà cap avall (la direcció del camp magnètic). Es pot concloure que l'electró es troba en un camp magnètic dirigit cap avall.
La resposta correcta és D.
Font de la pregunta:
Preguntes OSN de física de secundària
