Esempi di domande e formule sull'energia e la potenza elettrica
Energia e produzione di energia elettrica
1. La tariffa dell'elettricità per kWh è di 400 rupie. In una casa, un televisore da 100 Watt funziona in media per 4 ore al giorno e due lampade da 20 Watt ciascuna vengono utilizzate per 10 ore al giorno. Il costo del consumo di elettricità al mese (30 giorni) è...
A. Rp. 4.800,-
B. Rp. 9.600,-
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Discussione
È noto che:
La tariffa dell'elettricità è di 400 rupie/kWh
Potenza TV = 1 x 100 Watt = 100 Watt e tempo di utilizzo TV = 4 ore x 30 = 120 ore
Potenza della lampada = 2 x 20 Watt = 40 Watt e tempo di utilizzo della lampada = 10 ore x 30 = 300 ore
Chiesto: Costo del consumo di elettricità al mese
Risposta :
Energia elettrica = potenza elettrica x tempo di utilizzo
Consumo energetico di un televisore = 100 Watt x 120 ore = 12.000 Wattora
Energia della lampada = 40 Watt x 300 ore = 12.000 Wattora
Energia totale = 12.000 Wattora + 12.000 Wattora = 24.000 Wattora = 24 kilowattora = 24 kilowattora = 24 kWh
Costo del consumo di elettricità al mese = (24 kWh)(Rp. 400/kWh) = (24)(Rp. 400) = Rp. 9.600,-
La risposta corretta è B.
2. Due lampade, ciascuna etichettata 24 Watt / 12 Volt, sono collegate in parallelo, quindi collegate in serie con una resistenza da 2 Ohm. Questo circuito è poi collegato a una sorgente di tensione in modo che entrambe le lampade si accendano solo al 25% della loro luminosità massima. Se una lampada si guasta improvvisamente, l'altra si accenderà con la corrente….
A. 12 Watt
B. 7,5 Watt
C. 6 Watt
D. 3 Watt
Discussione
Formula della potenza:
P = VI
I = PV
Atau
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
Atau
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = Io2 R
I2 = P / R
Descrizione: P = potenza elettrica, V = tensione elettrica, I = corrente elettrica, R = resistenza della lampada
Calcola la resistenza del circuito:
Entrambe le lampade sono contrassegnate con la dicitura 24 Watt / 12 Volt, il che significa che ciascuna lampada si accenderà a una potenza massima di 24 Watt se collegata a una tensione di 12 Volt.
La resistenza di ciascuna lampada viene calcolata utilizzando la formula della potenza:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ohm
Le due lampade sono collegate in parallelo, quindi la resistenza equivalente è:
1 / R12 = 1/r1 +1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 Ohm
Le due lampade sono collegate in serie con una resistenza da 2 Ohm, quindi la resistenza equivalente è:
R = 3 Ohm + 2 Ohm = 5 Ohm
Quindi la resistenza del circuito = R = 5 Ohm.
Calcola la corrente elettrica che scorre nel circuito:
Se entrambe le luci sono accese con un livello di luminosità del 25%, la potenza assorbita da entrambe è pari a 25/100 x 24 Watt = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watt.
La corrente elettrica che attraversa la lampada viene calcolata utilizzando la formula della potenza:
I2 = P / R = 6 Watt / 6 Ohm = 1 Ampere
La corrente elettrica che attraversa ciascuna lampada è di 1 Ampere. Le due lampade sono collegate in parallelo, quindi, secondo la prima legge di Kirchhoff, la corrente elettrica totale che le attraversa entrambe è di 2 Ampere. Le due lampade sono collegate in serie con una resistenza da 2 Ohm, quindi anche la corrente elettrica che attraversa la resistenza da 2 Ohm è di 2 Ampere.
Quindi la corrente elettrica che scorre nel circuito è I = 2 Ampere.
Calcola la tensione della sorgente di forza elettromotrice:
La tensione elettrica è:
V = IR = (2 Ampere)(5 Ohm) = 10 Volt
Si tratta della tensione della sorgente di forza elettromotrice, il cui valore non cambia né prima né dopo la rottura di una delle lampade.
Calcola la resistenza del circuito dopo che una delle lampadine si rompe:
Se una delle lampadine si rompe, l'altra lampadina ancora accesa è collegata in serie con una resistenza da 2 Ohm. Pertanto, la resistenza del circuito cambia in:
R = 6 Ohm + 2 Ohm = 8 Ohm
Calcola la corrente elettrica che scorre nel circuito dopo che una delle lampadine si rompe:
La corrente elettrica che scorre nel circuito è:
I = V / R = 10 Volt / 8 Ohm = 1,25 Ampere
La lampada e la resistenza sono collegate in serie in modo che la corrente elettrica che scorre nel circuito = la corrente elettrica che scorre nella lampada = la corrente elettrica che scorre nella resistenza.
Calcola la potenza della lampada:
Dopo che una delle luci si rompe, le altre si accendono con una potenza di:
P = VI = (10 Volt)(1,25 Ampere) = 12,5 Watt
Movimento degli elettroni
3. È noto che la massa di un elettrone è 9,1 x 10 all'31 ottobre kg e carica dell'elettrone 1,6 x 10 all'19 ottobre C. La differenza di potenziale necessaria per accelerare un elettrone da una velocità di 1 x 105 m/s diventa 3 x 105 m/s è…
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Discussione
È noto che:
Massa dell'elettrone (m) = 9,1 x 10 all'31 ottobre kg
Carica dell'elettrone (q) = 1,6 x 10 all'19 ottobre C
Velocità iniziale (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Velocità finale (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 mt2/s2
Chiesto: La differenza di potenziale (V) necessaria per accelerare un elettrone
Risposta :
Variazione dell'energia potenziale elettrica = q V = (1,6 x 10 all'19 ottobre C) V
Variazione dell'energia cinetica = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10 all'31 ottobre kg)(9 x 1010 m2/s2 - 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10 all'31 ottobre kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10 all'21 ottobre kgm2/s2
L'energia è eterna, quindi l'energia potenziale elettrica si trasforma in energia cinetica:
La Premier League ha perso = è apparso l'EK
(1,6 x 10 all'19 ottobre) V = 36,4 x 10 all'21 ottobre
V = 36,4 x 10 all'21 ottobre / 1,6 x 10 all'19 ottobre
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 millivolt
La risposta corretta è D.
4. Domande delle Olimpiadi Nazionali di Scienze del 2011 per le scuole medie inferiori a livello di distretto/città n. 56
In un laboratorio, un fascio di elettroni viene sparato verso nord. Dall'alto, si osserva che il fascio si incurva verso sinistra. Quindi, un fascio di elettroni viene sparato verso sud. Dall'alto, si osserva che il fascio si incurva verso sinistra. Ciò significa che c'è…
Un campo elettrico orientato verso ovest
B. campo elettrico orientato verso est
C. campo magnetico diretto verso l'alto
D. campo magnetico diretto verso il basso
Discussione
Gli elettroni sono elettricamente carichi e possono essere mossi da forze elettriche o magnetiche quando si trovano in un campo elettrico o magnetico. La differenza sta nel fatto che le forze elettriche possono muovere gli elettroni sia quando sono a riposo sia quando sono in movimento, mentre le forze magnetiche possono muovere gli elettroni solo quando sono in movimento.
Un'altra differenza è che la forza elettrica ha la stessa direzione del campo elettrico, mentre la forza magnetica è perpendicolare al campo magnetico. Pertanto, se un elettrone viene spostato da una forza elettrica, la direzione del suo movimento coincide con la direzione del campo elettrico. Viceversa, se un elettrone viene spostato da una forza magnetica, la direzione del suo movimento coincide con la direzione della forza magnetica, che è perpendicolare alla direzione del campo magnetico.
In base alla domanda precedente, sembrerebbe che quando un elettrone viene lanciato verso nord, venga deviato verso sinistra (verso ovest), e quando viene lanciato verso sud, venga deviato verso sinistra (verso est). Se un elettrone viene deviato da una forza elettrica, la direzione di tale forza, che coincide con la direzione del campo elettrico, è in continuo cambiamento. La direzione del campo elettrico, invece, dovrebbe essere costante. Pertanto, l'elettrone non viene deviato dalla forza elettrica.
Si può concludere che la forza magnetica devia gli elettroni. Per determinare la direzione della forza magnetica (la direzione in cui gli elettroni vengono deviati), la direzione del campo magnetico e la direzione in cui gli elettroni vengono emessi, si applica la regola della mano destra.
Applica la regola della mano destra come spiegato di seguito. Estendi la mano destra, raddrizza il pollice e chiudi le altre quattro dita. Posiziona il pollice in modo che punti a nord (la direzione del movimento dell'elettrone) e le altre quattro dita a ovest (la direzione della forza magnetica = la direzione della deflessione dell'elettrone); in questo caso, il dorso della mano destra punterà verso il basso (la direzione del campo magnetico). Viceversa, posiziona il pollice in modo che punti a sud (la direzione del movimento dell'elettrone) e le altre quattro dita a est (la direzione della forza magnetica = la direzione della deflessione dell'elettrone); in questo caso, il dorso della mano destra punterà verso il basso (la direzione del campo magnetico). Si può concludere che l'elettrone si trova in un campo magnetico diretto verso il basso.
La risposta corretta è D.
Fonte della domanda:
Domande di fisica per la scuola media (OSN)
