Elektroenerģijas un jaudas jautājumu un formulu piemēri
Enerģija un elektriskā jauda
1. Elektroenerģijas tarifs par kWh ir 400 Rp. Mājā 100 W televizors darbojas vidēji 4 stundas dienā, un divas 20 W lampas katra tiek izmantotas 10 stundas dienā. Elektroenerģijas patēriņa izmaksas mēnesī (30 dienas) ir….
A. 4.800 rūpijas
B. 9.600 rūpijas
C. 19 200 rūpijas
D. 21 120 rūpijas
Diskusija
Ir zināms, ka:
Elektroenerģijas tarifs ir 400 rūpijas/kWh
Televizora jauda = 1 x 100 vati = 100 vati un televizora lietošanas laiks = 4 stundas x 30 = 120 stundas
Lampas jauda = 2 x 20 vati = 40 vati un lampas lietošanas laiks = 10 stundas x 30 = 300 stundas
Jautāja: Elektroenerģijas patēriņa izmaksas mēnesī
Atbilde:
Elektriskā enerģija = elektriskā jauda x lietošanas laiks
TV elektriskā enerģija = 100 vati x 120 stundas = 12 000 vatstundas
Lampas enerģija = 40 vati x 300 stundas = 12 000 vatstundas
Kopējā enerģija = 12 000 vatstundas + 12 000 vatstundas = 24 000 vatstundas = 24 kilovatstundas = 24 kilovatstundas = 24 kWh
Elektroenerģijas patēriņa izmaksas mēnesī = (24 kWh)(400 Rp/kWh) = (24)(400 Rp) = 9.600 Rp.
Pareizā atbilde ir B.
2. Divas lampas, katra apzīmēta ar 24 W / 12 Volt, ir savienotas paralēli un pēc tam savienotas virknē ar 2 omu rezistoru. Šī shēma pēc tam tiek savienota ar sprieguma avotu tā, lai abas lampas iedegtos tikai ar 25% no to maksimālā spilgtuma. Ja viena lampa pēkšņi pārsprāgst, otra lampa iedegsies ar jaudu….
A. 12 vati
B. 7,5 vati
Aptuveni 6 vati
D. 3 vati
Diskusija
Jaudas formula:
P = VI
I = PV
vai
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
vai
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Apraksts: P = elektriskā jauda, V = elektriskais spriegums, I = elektriskā strāva, R = lampas pretestība
Aprēķiniet ķēdes pretestību:
Divas lampas ir apzīmētas ar 24 vatiem / 12 voltiem, kas nozīmē, ka katra lampa iedegsies ar maksimālo jaudu 24 vati, ja tā būs pievienota 12 voltu spriegumam.
Katras lampas pretestību aprēķina, izmantojot jaudas formulu:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 omi
Abas lampas ir savienotas paralēli, tāpēc to pretestība ir vienāda ar:
1 / R12 = 1/R1 + 1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 omi
Abas lampas ir savienotas virknē ar 2 omu rezistoru, tāpēc ekvivalentā pretestība ir:
R = 3 omi + 2 omi = 5 omi
Tātad ķēdes pretestība = R = 5 omi.
Aprēķiniet elektriskās strāvas stiprumu, kas plūst ķēdē:
Ja abas gaismas ir ieslēgtas ar 25% spilgtuma līmeni, tad abas gaismas ir ieslēgtas ar jaudu 25/100 x 24 vati = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 vati.
Caur lampu plūstošo elektrisko strāvu aprēķina, izmantojot jaudas formulu:
I2 = P / R = 6 vati / 6 omi = 1 ampērs
Caur katru lampu plūstošā elektriskā strāva ir 1 ampērs. Abas lampas ir savienotas paralēli, tāpēc saskaņā ar Kirhhofa pirmo likumu kopējā elektriskā strāva, kas plūst caur abām lampām, ir 2 ampēri. Abas lampas ir savienotas virknē ar 2 omu rezistoru, tāpēc caur 2 omu rezistoru plūstošā elektriskā strāva arī ir 2 ampēri.
Tātad ķēdē plūstošā elektriskā strāva = I = 2 ampēri.
Aprēķiniet EML avota spriegumu:
Elektriskais spriegums ir:
V = IR = (2 ampēri) (5 omi) = 10 volti
Šis ir EML avota spriegums, kura vērtība nemainās ne pirms vienas no lampām pārdegšanas, ne pēc vienas no lampām pārdegšanas.
Aprēķiniet ķēdes pretestību pēc viena no lukturiem pārdegšanas:
Ja viena no lampiņām pārdeg, otra, kas joprojām deg, tiek savienota virknē ar 2 omu rezistoru. Tādējādi ķēdes pretestība mainās uz:
R = 6 omi + 2 omi = 8 omi
Aprēķiniet elektriskās strāvas stiprumu, kas plūst ķēdē pēc vienas no spuldzēm izdegšanas:
Elektriskās strāvas stiprums ķēdē ir:
I = V / R = 10 volti / 8 omi = 1,25 ampēri
Lampa un rezistors ir savienoti virknē tā, lai ķēdē plūstošā elektriskā strāva = lampā plūstošā elektriskā strāva = rezistorā plūstošā elektriskā strāva.
Aprēķiniet lampas jaudu:
Pēc vienas gaismas pārdegšanas pārējās iedegas ar jaudu:
P = VI = (10 volti) (1,25 ampēri) = 12,5 vati
Elektronu kustība
3. Ir zināms, ka elektrona masa ir 9,1 x 10-31 kg un elektronu lādiņš 1,6 x 10-19 C. Potenciālu starpība, kas nepieciešama, lai paātrinātu elektronu no ātruma 1 x 105 m/s kļūst par 3 x 105 m/s ir….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Diskusija
Ir zināms, ka:
Elektronu masa (m) = 9,1 x 10-31 kg
Elektronu lādiņš (q) = 1,6 x 10-19 C
Sākotnējais ātrums (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Galīgais ātrums (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Jautāja: Potenciālu starpība (V), kas nepieciešama elektrona paātrināšanai
Atbilde:
Elektriskās potenciālās enerģijas izmaiņas = q V = (1,6 x 10-19 C) V.
Kinētiskās enerģijas izmaiņas = 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
Enerģija ir mūžīga, tāpēc elektriskā potenciālā enerģija pārvēršas kinētiskajā enerģijā:
EPL zaudējums = EK parādījās
(1,6 x 10-19V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volts
V = 227,5 x 10-3 Volts
V = 227,5 milivolti
Pareizā atbilde ir D.
4. 2011. gada Nacionālās dabaszinību olimpiādes jautājumi reģentu/pilsētu līmeņa pamatskolām Nr. 56
Laboratorijā elektronu stars tiek raidīts ziemeļu virzienā. No augšas tiek novērots, ka stars noliecas pa kreisi. Pēc tam elektronu stars tiek raidīts dienvidu virzienā. No augšas tiek novērots, ka stars noliecas pa kreisi. Tas nozīmē, ka pastāv…
A. elektriskais lauks, kas vērsts uz rietumiem
B. elektriskais lauks, kas vērsts uz austrumiem
C. uz augšu vērsts magnētiskais lauks
D. magnētiskais lauks, kas vērsts uz leju
Diskusija
Elektroni ir elektriski lādēti un tos var pārvietot elektriskie vai magnētiskie spēki, atrodoties elektriskā vai magnētiskā laukā. Atšķirība ir tāda, ka elektriskie spēki var pārvietot elektronus gan miera stāvoklī, gan kustībā, savukārt magnētiskie spēki var pārvietot elektronus tikai kustībā.
Vēl viena atšķirība ir tā, ka elektriskais spēks darbojas tajā pašā virzienā kā elektriskais lauks, savukārt magnētiskais spēks ir perpendikulārs magnētiskajam laukam. Tātad, ja elektronu pārvieto elektriskais spēks, tā kustības virziens ir tāds pats kā elektriskā lauka virziens. Un otrādi, ja elektronu pārvieto magnētiskais spēks, tā kustības virziens ir tāds pats kā magnētiskā spēka virziens, kas ir perpendikulārs magnētiskā lauka virzienam.
Balstoties uz iepriekš minēto jautājumu, šķiet, ka, kad elektrons tiek raidīts ziemeļu virzienā, tas tiek novirzīts pa kreisi (rietumu virzienā), un, kad tas tiek raidīts dienvidu virzienā, tas tiek novirzīts pa kreisi (austrumu virzienā). Ja elektronu novirza elektriskais spēks, tad elektriskā spēka virziens, kas ir tāds pats kā elektriskā lauka virziens, vienmēr mainās. Elektriskā lauka virzienam jābūt nemainīgam. Tāpēc elektronu elektriskais spēks neatvirza.
Var secināt, ka magnētiskais spēks novirza elektronus. Lai noteiktu magnētiskā spēka virzienu (elektronu novirzes virzienu), magnētiskā lauka virzienu un elektronu izšaušanas virzienu, izmantojiet labās rokas likumu.
Pielietojiet labās rokas likumu, kā paskaidrots tālāk. Izstiepiet labo roku, iztaisnojiet īkšķi un salieciet pārējos četrus pirkstus kopā. Novietojiet īkšķi tā, lai tas būtu vērsts uz ziemeļiem (elektronu kustības virziens), un jūsu četri pirksti būtu vērsti uz rietumiem (magnētiskā spēka virziens = elektronu novirzes virziens), tad labās rokas virspuse būtu vērsta uz leju (magnētiskā lauka virziens). Un otrādi, novietojiet īkšķi tā, lai tas būtu vērsts uz dienvidiem (elektronu kustības virziens), un jūsu četri pirksti būtu vērsti uz austrumiem (magnētiskā spēka virziens = elektronu novirzes virziens), tad labās rokas virspuse būtu vērsta uz leju (magnētiskā lauka virziens). Var secināt, ka elektrons atrodas magnētiskajā laukā, kas ir vērsts uz leju.
Pareizā atbilde ir D.
Jautājuma avots:
OSN jautājumi pamatskolas fizikā
