25 Elektrienergia – probleemid ja lahendused
1. 220 V – 5 A elektripirni kasutatakse 30 minutit. Kui palju energiat see vajab?
lahendus:
Pinge (V) = 220 volti
Elektrivool (I) = 5 amprit
Aeg (t) = 30 minutit = 30 x 60 sekundit = 1800 sekundit
Elektriline võimsus (P):
P = VI = (220 volti) (5 amprit) = 1100 volti amprit = 1100 vatti = 1100 džauli sekundis
Elektrienergia = elektrivõimsus x aeg = (1100 džauli sekundis)(1800 sekundit)
Elektrienergia = 1 980 000 džauli = 1,980 kilodžauli
2. 220 V – 60 W jootekolvi kasutatakse 4 minutit. Kui palju energiat see vajab?
Tuntud:
Võimsus (P) = 60 vatti = 60 džauli sekundis
Pinge (V) = 220 volti
Aeg (t) = 4 minutit = 4 x 60 sekundit = 240 sekundit
Otsitakse: Elektrienergiat
lahendus:
220 volti – 60 vatti tähendab, et elektriline jootekolb töötab hästi, kui potentsiaalide vahe ehk pinge on 220 volti ja võimsus 60 vatti = 60 džauli sekundis, mis tähendab, et elektriline jootekolb kasutab energiat 60 džauli sekundis.
Elektrienergia = elektrivõimsus x ajaintervall = (60 džauli sekundis)(240 sekundit) = 14 400 džauli.
3. Triikraua poolt 1 minuti jooksul tarbitav energia on 33 kJ pingel 220 volti. Kui suur on voolutugevus triikrauas?
Tuntud:
Ajavahemik (t) = 1 minut = 60 sekundit
Energia (W) = 33 kilodžauli = 33 000 džauli
Pinge (V) = 220 volti
Otsitakse: Elektrivoolu tugevust (I)
lahendus:
Elektrienergia on teatud aja jooksul tarbitav elektrienergia.
P = W / t = 33 000 džauli / 60 sekundit
P = 550 vatti
Elektrivool:
I = P / V = 550/220 = 2.5 amprit
4. Keegi vaatab telekat keskmiselt 6 tundi päevas. Telekas on ühendatud 220-voldise pingega, nii et läbi teleri voolav elektrivool on 0.5 amprit. Kui elektrifirma küsib kWh eest 0.092 dollarit, siis on teleka elektrienergia kasutamise hind 1 kuu (30 päeva) jooksul…
Tuntud:
Ajavahemik = 6 tundi x 30 = 180 tundi
Pinge (V) = 220 volti
Elektrivool (I) = 0.5 amprit
Soovitud: Kuumakse
lahendus:
Televiisori võimsus:
P = VI = (220 volti) (0.5 amprit) = 110 volti Amper = 110 vatti
Elektrienergia = elektrivõimsus x ajaintervall
Televiisori elektrienergia = 110 vatti x 180 tundi = 19800 vatt-tundi = 19.8 kilovatt-tundi = 19.8 kilovatt-tundi = 19.8 kWh
Televiisori elektrienergia kasutamise hind 1 kuu jooksul:
19.8 kWh x 0.092 $/kWh = 1.8216 $
5. Majas on neli 20-vatist, kaks 10-vatist ja kolm 40-vatist lampi, mida kasutatakse iga päev 5 tundi. Kui elektriettevõtte tasu on 0.092 kWh kohta, siis elektrienergia tarbimise hind ühe kuu (30 päeva) jooksul on ....
Tuntud:
4 lampi 20 vatti = 4 x 20 vatti = 80 vatti
2 lampi 10 vatti = 2 x 10 vatti = 20 vatti
3 lampi 40 vatti = 3 x 40 vatti = 120 vatti
Koguvõimsus (W) = 80 vatti + 20 vatti + 120 vatti = 220 vatti
Ajavahemik (t) = 5 tundi x 30 = 150 tundi
Otsitakse: Elektrienergia kasutamise maksumus 1 kuu (30 päeva) jooksul
lahendus:
Elektrienergia = elektrivõimsus x ajaintervall = 220 vatti x 150 tundi = 33 000 vatt-tundi = 33 kilovatt-tundi = 33 kilovatt-tundi = 33 kWh
Elektrienergia kasutamise hind 1 kuu (30 päeva) jooksul
(33 kWh)(0.092/kWh) = 3.036 dollarit
6. Vooluahela takistus on \(5\Omega\) ja voolutugevus \(2A\). Leia elektriline võimsus.
Lahendus: \(P = IV = 2A \korda 5 \Omega = 10W \)
7. 10 V aku on ühendatud 2 Omega takistiga. Arvuta voolutugevus.
Lahendus: \(I = \frac{V}{R} = \frac{10V}{2\Omega} = 5A \)
8. 60 W nimiväärtusega lambipirn töötab 120 V toitepingel. Leia takistus.
Lahendus: \(R = \frac{V^2}{P} = \frac{120^2}{60} = 240\Omega \)
9. Arvutage 100 W pirni energiatarve 2 tunni jooksul.
Lahendus: (E = Pt = 100 W korda 2h = 200 Wh = 0.2 kWh)
10. 20 μF kondensaator laetakse pingeni 50 V. Leia salvestatud energia.
Lahendus: \(E = \frac{1}{2} CV^2 = \frac{1}{2} \times 20 \times 10^{-6}F \times 50^2 = 25mJ \)
11. Määrake voolutugevus 10 mH induktiivpoolis, kui voolu muutumiskiirus on 5 A/s.
Lahendus: \(V = L\frac{di}{dt} = 10 × 10^{-3}H × 5A/s = 50mV \)
12. Leidke võimsuskadu ülekandeliinis, mille takistus on \(8\Omega\) ja voolutugevus \(3A\).
Lahendus: \(P = I^2R = 3^2 \korda 8 \Omega = 72W \)
13. Trafo primaarpinge on \(120V\) ja sekundaarpinge \(240V\). Kui primaarvool on \(2A\), siis leia sekundaarvool.
Lahendus: Sekundaarvool = \( \frac{{\text{{Primaarpinge}}}}{{\text{{Sekundaarpinge}}}} × \text{{Primaarvool}} = \frac{{120V}}{{240V}} × 2A = 1A \)
14. Arvutage \(50Hz\), \(0.2H\) induktiivpooli reaktants.
Lahendus: \(
15. Leia kolme järjestikku ühendatud \(10\uF\) kondensaatori kogumahtuvus.
Lahendus: \( \frac{1}{{C_{\text{{total}}}} = \frac{1}{{C_1}} + \frac{1}{{C_2}} + \frac{1}{{C_3}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{10} + \frac{1}{10} = \frac{3}{10}, C_{\text{{total}}} = \frac{10}{3} \mu F \um 3.33\mu F \)
16. 0.1 F superkondensaator laetakse pingeni 5 V. Leia salvestatud energia.
Lahendus: \(E = \frac{1}{2} CV^2 = \frac{1}{2} \times 0.1 \times 5^2 = 1.25J \)
17. Arvutage vooluahela võimsustegur, mille tegelik võimsus on \(60W\) ja näivvõimsus \(75VA\).
Lahendus: Võimsustegur = \( \frac{{\text{{Tegelik võimsus}}}}{{\text{{Näivvõimsus}}}} = \frac{{60W}}{{75VA}} \um 0.8 \)
18. Leia kahe paralleelselt ühendatud \(4\Omega\) takisti ekvivalenttakistus.
Lahendus: \( \frac{1}{{R_{\text{{eq}}}} = \frac{1}{{R_1}} + \frac{1}{{R_2}} = \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = \frac{1}{2}, R_{\text{{eq}}} = 2\Omega \)
19. Määrake vooluringi impedants, mille takistus on \(5\Omega\) ja reaktants \(12\Omega\).
Lahendus: \(Z = \sqrt{R^2 + X^2} = \sqrt{5^2 + 12^2} \umbes 13.34 \Omega \)
15. Arvutage sinusoidaalse pinge efektiivväärtus tippväärtusega \(120V\).
Lahendus: \(V_{\text{{RMS}}} = \frac{{V_{\text{{tipp}}}}}{\sqrt{2}} \um 84.85V \)
16. Leia \(5\Omega\) takistis hajuv võimsus voolutugevusega \(4A\).
Lahendus: \(P = I^2R = 4^2 \korda 5 \Omega = 80W \)
17. Arvutage \(25mH\) induktiivpooli sagedus, mille reaktants on \(50\Omega\).
Lahendus: \(f = \frac{{X_L}}{{2\pi L}} = \frac{50}{{2\pi \times 25 \times 10^{-3}}} \umbes 31.83 Hz \)
18. Määrake voolutugevus 20Ω takistis 100V toitepingega.
Lahendus: \(I = \frac{V}{R} = \frac{100V}{20\Omega} = 5A \)
19. Leidke kahe paralleelselt ühendatud \(10mH\) induktiivpooli koguinduktiivsus.
Lahendus: \( \frac{1}{{L_{\text{{total}}}} = \frac{1}{{L_1}} + \frac{1}{{L_2}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{10} = \frac{1}{5}, L_{\text{{total}}} = 5mH \)
20. Arvutage 1500 W triikraua energiatarve, kui seda kasutatakse 0.5 tundi.
Lahendus: (E = Pt = 1500 W korda 0.5h = 750 Wh = 0.75 kWh)
