Exemplos de preguntas e fórmulas para a enerxía eléctrica e a potencia
Enerxía e enerxía eléctrica
1. A tarifa eléctrica por kWh é de 400 rupias. Nunha casa, un televisor de 100 vatios funciona unha media de 4 horas ao día e dúas lámpadas de 20 vatios cada unha úsanse durante 10 horas ao día. O custo do consumo de electricidade ao mes (30 días) é...
A. 4.800 rupias
B. 9.600 rupias
C. 19.200 rupias
21.120 rupias
Discusión
Sábese que:
A tarifa eléctrica é de 400 rupias/kWh
Potencia do televisor = 1 x 100 vatios = 100 vatios e tempo de uso do televisor = 4 horas x 30 = 120 horas
Potencia da lámpada = 2 x 20 vatios = 40 vatios e tempo de uso da lámpada = 10 horas x 30 = 300 horas
Preguntou: Custo do consumo de electricidade por mes
Resposta:
Enerxía eléctrica = potencia eléctrica x tempo de uso
Enerxía eléctrica do televisor = 100 vatios x 120 horas = 12.000 vatios hora
Enerxía da lámpada = 40 vatios x 300 horas = 12.000 vatios hora
Enerxía total = 12.000 vatios hora + 12.000 vatios hora = 24.000 vatios hora = 24 quilovatios hora = 24 quilovatios hora = 24 kWh
Custo do consumo de electricidade ao mes = (24 kWh)(400 rupias/kWh) = (24)(400 rupias) = 9.600 rupias
A resposta correcta é B.
2. Dúas lámpadas, cada unha etiquetada como de 24 vatios/12 voltios, conéctanse en paralelo e, a continuación, en serie cunha resistencia de 2 ohmios. Este circuíto conéctase entón a unha fonte de tensión de xeito que ambas as lámpadas se acendan só ao 25 % da súa luminosidade máxima. Se unha lámpada se apaga de súpeto, a outra lámpada acenderase con enerxía...
A. 12 vatios
B. 7,5 vatios
C. 6 vatios
D. 3 vatios
Discusión
Fórmula de potencia:
P = VI
I = PV
ou
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P=V2 / R
R = V2 / P
ou
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Descrición: P = potencia eléctrica, V = tensión eléctrica, I = corrente eléctrica, R = resistencia da lámpada
Calcula a resistencia do circuíto:
Dúas lámpadas están marcadas como 24 vatios / 12 voltios cada unha, o que significa que cada lámpada acenderá unha potencia máxima de 24 vatios cando se conecte a unha tensión de 12 voltios.
A resistencia de cada lámpada calcúlase coa fórmula de potencia:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 ohmios
As dúas lámpadas están conectadas en paralelo, polo que a resistencia equivalente é:
1 / R12 = 1/R1 +1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ohmios
As dúas lámpadas están conectadas en serie cunha resistencia de 2 ohmios, polo que a resistencia equivalente é:
R = 3 ohmios + 2 ohmios = 5 ohmios
Polo tanto, a resistencia do circuíto = R = 5 ohmios.
Calcula a corrente eléctrica que circula polo circuíto:
Se ambas as luces están acesas cun nivel de brillo do 25 %, ambas as luces están acesas cunha potencia de 25/100 x 24 vatios = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 vatios.
A corrente eléctrica que circula pola lámpada calcúlase coa fórmula da potencia:
I2 = P / R = 6 vatios / 6 ohmios = 1 amperio
A corrente eléctrica que flúe a través de cada lámpada é de 1 amperio. As dúas lámpadas están conectadas en paralelo, polo que, segundo a primeira lei de Kirchhoff, a corrente eléctrica total que flúe a través de ambas as lámpadas é de 2 amperios. As dúas lámpadas están conectadas en serie cunha resistencia de 2 ohmios, polo que a corrente eléctrica que flúe a través da resistencia de 2 ohmios tamén é de 2 amperios.
Polo tanto, a corrente eléctrica que circula polo circuíto = I = 2 amperios.
Calcula a tensión da fonte de forza electromotriz:
A tensión eléctrica é:
V = IR = (2 amperios)(5 ohmios) = 10 voltios
Esta é a tensión da fonte de forza electromotriz (EMF) cuxo valor non cambia nin antes de que se rompa unha das lámpadas nin despois de que se rompa unha delas.
Calcula a resistencia do circuíto despois de que se apague unha das luces:
Se unha das luces se apaga, a outra luz que aínda está acesa conéctase en serie cunha resistencia de 2 ohmios. Polo tanto, a resistencia do circuíto cambia a:
R = 6 ohmios + 2 ohmios = 8 ohmios
Calcula a corrente eléctrica que circula polo circuíto despois de que se apague unha das luces:
A corrente eléctrica que circula polo circuíto é:
I = V / R = 10 voltios / 8 ohmios = 1,25 amperios
A lámpada e a resistencia están conectadas en serie de xeito que a corrente eléctrica que flúe no circuíto = a corrente eléctrica que flúe pola lámpada = a corrente eléctrica que flúe pola resistencia.
Calcula a potencia da lámpada:
Despois de que unha das luces se apague, as outras luces acéndense cunha potencia de:
P = VI = (10 voltios) (1,25 amperios) = 12,5 vatios
movemento de electróns
3. Sábese que a masa dun electrón é de 9,1 x 10-31 kg e carga do electrón 1,6 x 10-19 C. A diferenza de potencial necesaria para acelerar un electrón desde unha velocidade de 1 x 105 m/s convértese en 3 x 105 m/s é….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Discusión
Sábese que:
Masa do electrón (m) = 9,1 x 10-31 kg
Carga do electrón (q) = 1,6 x 10-19 C
Velocidade inicial (vo) = 1 x 105 m/s → vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Velocidade final (vt) = 3 x 105 m/s → vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Preguntou: A diferenza de potencial (V) necesaria para acelerar un electrón
Resposta:
Cambio na enerxía potencial eléctrica = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Cambio na enerxía cinética = 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
A enerxía é eterna, polo que a enerxía potencial eléctrica se transforma en enerxía cinética:
EPL perdida = EK apareceu
(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 milivoltios
A resposta correcta é D.
4. Preguntas da Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escolas secundarias de nivel Rexencia/Cidade nº 56
Nun laboratorio, lánzase un feixe de electróns cara ao norte. Desde arriba, obsérvase que o feixe se curva cara á esquerda. Despois, lánzase un feixe de electróns cara ao sur. Desde arriba, obsérvase que o feixe se curva cara á esquerda. Isto significa que hai...
Un campo eléctrico que apunta cara ao oeste
B. campo eléctrico que apunta cara ao leste
C. campo magnético dirixido cara arriba
D. campo magnético dirixido cara abaixo
Discusión
Os electróns teñen carga eléctrica e poden ser movidos por forzas eléctricas ou magnéticas cando están nun campo eléctrico ou magnético. A diferenza é que as forzas eléctricas poden mover electróns tanto cando están en repouso como cando están en movemento, mentres que as forzas magnéticas só poden mover electróns cando están en movemento.
Outra diferenza é que a forza eléctrica ten a mesma dirección que o campo eléctrico, mentres que a forza magnética é perpendicular ao campo magnético. Entón, se un electrón é movido por unha forza eléctrica, a dirección do seu movemento é a mesma que a dirección do campo eléctrico. Pola contra, se un electrón é movido por unha forza magnética, a dirección do seu movemento é a mesma que a dirección da forza magnética, que é perpendicular á dirección do campo magnético.
Baseándonos na pregunta anterior, parece que cando un electrón se lanza cara ao norte, desvíase cara á esquerda (cara ao oeste) e, cando se lanza cara ao sur, desvíase cara á esquerda (cara ao leste). Se un electrón é desviado por unha forza eléctrica, entón a dirección da forza eléctrica, que é a mesma que a dirección do campo eléctrico, sempre cambia. A dirección do campo eléctrico debería ser constante. Polo tanto, o electrón non é desviado pola forza eléctrica.
Pódese concluír que a forza magnética desvía os electróns. Para determinar a dirección da forza magnética (a dirección na que se desvían os electróns), a dirección do campo magnético e a dirección na que se disparan os electróns, utilízase a regra da man dereita.
Aplica a regra da man dereita como se explica a continuación. Estende a man dereita, estira o polgar e pecha os outros catro dedos. Coloca o polgar de xeito que apunte cara ao norte (a dirección do movemento dos electróns) e os teus catro dedos apunten cara ao oeste (a dirección da forza magnética = a dirección da desviación dos electróns); entón, o dorso da man dereita apuntará cara abaixo (a dirección do campo magnético). Pola contra, coloca o polgar de xeito que apunte cara ao sur (a dirección do movemento dos electróns) e os teus catro dedos apunten cara ao leste (a dirección da forza magnética = a dirección da desviación dos electróns); entón, o dorso da man dereita apuntará cara abaixo (a dirección do campo magnético). Pódese concluír que o electrón está nun campo magnético dirixido cara abaixo.
A resposta correcta é D.
Orixe da pregunta:
Preguntas OSN de física para a escola secundaria
