Primjeri pitanja i formula za električnu energiju i snagu
Energija i električna energija
1. Cijena električne energije po kWh iznosi 400 Rp. U kući, televizor 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 Rp.
C. 19.200 rupija
D. 21.120 rupija
Rasprava
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 žarulje = 2 x 20 W = 40 W i vrijeme korištenja žarulje = 10 sati x 30 = 300 sati
Pitao/la sam: Mjesečni trošak potrošnje električne energije
Odgovor:
Električna energija = električna snaga x vrijeme korištenja
Električna energija televizora = 100 W x 120 sati = 12 000 W sati
Energija žarulje = 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
Točan odgovor je B.
2. Dvije žarulje, svaka označena s 24 W / 12 V, spojene su paralelno, a zatim serijski s otpornikom od 2 Ohma. Ovaj krug se zatim spaja na izvor napona tako da obje žarulje svijetle samo s 25% svoje maksimalne svjetline. Ako jedna žarulja iznenada pregori, druga će se upaliti….
A. 12 W
B. 7,5 W
C. 6 W
D. 3 W
Rasprava
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 žarulje
Izračunajte otpor strujnog kruga:
Dvije žarulje su označene s 24 W / 12 V, što znači da će svaka žarulja svijetliti maksimalnom snagom od 24 W kada je spojena na napon od 12 V.
Otpor svake žarulje izračunava se pomoću formule za snagu:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 oma
Dvije lampe su spojene paralelno pa 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 Ohma + 2 Ohma = 5 Ohma
Dakle, otpor strujnog kruga = R = 5 Ohma.
Izračunajte električnu struju koja teče u strujnom krugu:
Ako su oba svjetla upaljena s razinom svjetline od 25%, tada 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 žarulju izračunava se pomoću formule za snagu:
I2 = P / R = 6 W / 6 Ohma = 1 Amper
Električna struja koja teče kroz svaku žarulju je 1 amper. Dvije žarulje su spojene paralelno, pa je prema Kirchhoffovom prvom zakonu ukupna električna struja koja teče kroz obje žarulje 2 ampera. Dvije žarulje su spojene serijski s otpornikom od 2 oma, pa je električna struja koja teče kroz otpornik od 2 oma također 2 ampera.
Dakle, električna struja koja teče u strujnom krugu = I = 2 ampera.
Izračunajte napon izvora elektromotorne sile:
Električni napon je:
V = IR = (2 ampera)(5 oma) = 10 volti
To 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 kruga nakon što se jedna od svjetala 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 kruga mijenja u:
R = 6 Ohma + 2 Ohma = 8 Ohma
Izračunajte električnu struju koja teče kroz strujni krug nakon što se jedna od svjetala upali:
Električna struja koja teče u strujnom krugu je:
I = V / R = 10 volti / 8 oma = 1,25 ampera
Žarulja i otpornik su spojeni serijski tako da je električna struja koja teče strujnim krugom = električna struja koja teče kroz žarulju = električna struja koja teče kroz otpornik.
Izračunajte snagu žarulje:
Nakon što se jedno svjetlo upali, ostala svjetla se upale snagom:
P = VI = (10 volti) (1,25 ampera) = 12,5 vata
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
Rasprava
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 sam: 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 / 1,6x10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 milivolti
Točan odgovor je D.
4. Pitanja za Nacionalnu znanstvenu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na razini Regency/City br. 56
U laboratoriju se snop elektrona ispaljuje prema sjeveru. Odozgo se opaža da se snop savija ulijevo. Zatim se snop elektrona ispaljuje prema jugu. Odozgo se opaža 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
Rasprava
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 gibanja isti je kao i smjer električnog polja. Obrnuto, ako elektron pokreće magnetska sila, smjer njegovog gibanja isti je kao i smjer magnetske sile, koja je okomita na smjer magnetskog polja.
Na temelju gornjeg pitanja, čini se da kada se elektron ispaljuje prema sjeveru, skreće se ulijevo (prema zapadu), a kada se ispaljuje prema jugu, skreće se ulijevo (prema istoku). Ako elektron skreće električna sila, tada se smjer električne sile, koji je isti kao i smjer električnog polja, uvijek mijenja. Smjer električnog polja trebao bi biti konstantan. Stoga elektron ne skreće električna sila.
Može se zaključiti da magnetska sila skreće elektrone. Za određivanje smjera magnetske sile (smjera skrećanja elektrona), smjera magnetskog polja i smjera izbacivanja elektrona upotrijebite pravilo desne ruke.
Primijenite pravilo desne ruke kako je objašnjeno u nastavku. Ispružite desnu ruku, ispravite palac i zatvorite ostala četiri prsta. Postavite palac tako da pokazuje prema sjeveru (smjer kretanja elektrona), a četiri prsta prema zapadu (smjer magnetske sile = smjer otklona elektrona), tada će nadlanica desne ruke biti usmjerena prema dolje (smjer magnetskog polja). Obrnuto, postavite palac tako da pokazuje prema jugu (smjer kretanja elektrona), a četiri prsta prema istoku (smjer magnetske sile = smjer otklona elektrona), tada će nadlanica desne ruke biti usmjerena prema dolje (smjer magnetskog polja). Može se zaključiti da se elektron nalazi u magnetskom polju koje je usmjereno prema dolje.
Točan odgovor je D.
Izvor pitanja:
Pitanja za OSN iz fizike za osnovnu školu
