Exemple de întrebări și formule pentru energie electrică și putere
Energie și energie electrică
1. Tariful pentru electricitate pe kWh este de 400 Rp. Într-o casă, un televizor de 100 wați funcționează în medie 4 ore pe zi, iar două lămpi de câte 20 wați fiecare sunt utilizate timp de 10 ore pe zi. Costul de utilizare a energiei electrice pe lună (30 de zile) este...
A. 4.800 Rp.
B. 9.600 Rp.
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Pembahasan
Se știe că:
Tariful pentru electricitate este de 400 Rp/kWh
Putere televizor = 1 x 100 wați = 100 wați și timp de utilizare televizor = 4 ore x 30 = 120 ore
Putere lămpii = 2 x 20 wați = 40 wați și timp de utilizare a lămpii = 10 ore x 30 = 300 ore
Întrebat: Costul consumului de energie electrică pe lună
Jawab:
Energia electrică = putere electrică x timpul de utilizare
Energia electrică a televizorului = 100 wați x 120 ore = 12.000 wați-oră
Energia lămpii = 40 wați x 300 ore = 12.000 wați-oră
Energie totală = 12.000 wați-oră + 12.000 wați-oră = 24.000 wați-oră = 24 kilo wați-oră = 24 kilo wați-oră = 24 kWh
Costul consumului de energie electrică pe lună = (24 kWh)(400 Rp/kWh) = (24)(400 Rp) = 9.600 Rp
Răspunsul corect este B.
2. Două lămpi, fiecare etichetată cu 24 wați / 12 volți, sunt conectate în paralel, apoi conectate în serie cu o rezistență de 2 ohmi. Acest circuit este apoi conectat la o sursă de tensiune, astfel încât ambele lămpi să se aprindă la doar 25% din luminozitatea lor maximă. Dacă o lampă se defectează brusc, cealaltă lampă se va aprinde cu energie...
A. 12 wați
B. 7,5 wați
C. 6 wați
D. 3 wați
Pembahasan
Formula puterii:
P = VI
I = PV
sau
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
sau
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Descriere: P = putere electrică, V = tensiune electrică, I = curent electric, R = rezistența lămpii
Calculați rezistența circuitului:
Două lămpi sunt marcate fiecare ca 24 wați / 12 volți, ceea ce înseamnă că fiecare lampă va aprinde la o putere maximă de 24 wați atunci când este conectată la o tensiune de 12 volți.
Rezistența fiecărei lămpi se calculează folosind formula de putere:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 ohmi
Cele două lămpi sunt conectate în paralel, deci rezistența echivalentă este:
1 / R12 = 1/R1 + 1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ohmi
Cele două lămpi sunt conectate în serie cu o rezistență de 2 ohmi, deci rezistența echivalentă este:
R = 3 ohmi + 2 ohmi = 5 ohmi
Deci rezistența circuitului = R = 5 Ohm.
Calculați curentul electric care circulă în circuit:
Dacă ambele lumini sunt aprinse cu un nivel de luminozitate de 25%, atunci ambele lumini sunt aprinse cu o putere de 25/100 x 24 wați = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 wați.
Curentul electric care trece prin lampă se calculează folosind formula puterii:
I2 = P / R = 6 wați / 6 ohmi = 1 amper
Curentul electric care trece prin fiecare lampă este de 1 amper. Cele două lămpi sunt conectate în paralel, deci, conform primei legi a lui Kirchhoff, curentul electric total care trece prin ambele lămpi este de 2 amperi. Cele două lămpi sunt conectate în serie cu un rezistor de 2 ohmi, deci curentul electric care trece prin rezistorul de 2 ohmi este, de asemenea, de 2 amperi.
Deci curentul electric care circulă în circuit = I = 2 amperi.
Calculați tensiunea sursei de forță electromotoare:
Tensiunea electrică este:
V = IR = (2 amperi)(5 ohmi) = 10 volți
Aceasta este tensiunea sursei de câmp electromotor a cărei valoare nu se modifică nici înainte de spargerea uneia dintre lămpi, nici după spargerea uneia dintre lămpi.
Calculați rezistența circuitului după ce unul dintre becuri se defectează:
Dacă una dintre becuri se strică, cealaltă bec care este încă aprinsă este conectată în serie cu o rezistență de 2 Ohm. Astfel, rezistența circuitului se schimbă la:
R = 6 ohmi + 2 ohmi = 8 ohmi
Calculați curentul electric care circulă în circuit după ce unul dintre becuri se aprinde:
Curentul electric care circulă în circuit este:
I = V / R = 10 volți / 8 ohmi = 1,25 amperi
Lampa și rezistorul sunt conectate în serie astfel încât curentul electric care circulă în circuit = curentul electric care circulă în lampă = curentul electric care circulă prin rezistor.
Calculați puterea lămpii:
După ce una dintre lumini se stinge, celelalte lumini se aprind cu o putere de:
P = VI = (10 volți) (1,25 amperi) = 12,5 wați
Mișcarea electronilor
3. Masa unui electron este cunoscută ca fiind 9,1 x 10-31 kg și sarcina electronului 1,6 x 10-19 C. Diferența de potențial necesară pentru a accelera un electron de la o rată de 1 x 105 m/s devine 3 x 105 m/s este….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Pembahasan
Se știe că:
Masa electronului (m) = 9,1 x 10-31 kg
Sarcina electronului (q) = 1,6 x 10-19 C
Viteza inițială (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Viteza finală (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 m2/s2
Întrebat: Diferența de potențial (V) necesară pentru accelerarea unui electron
Jawab:
Variația energiei potențiale electrice = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Schimbarea energiei cinetice = 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
Energia este eternă, astfel încât energia potențială electrică se transformă în energie cinetică:
EPL pierdut = EK a apărut
(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 milivolți
Răspunsul corect este D.
4. Întrebări pentru Olimpiada Națională de Științe 2011 pentru școlile gimnaziale la nivel Regency/City nr. 56
Într-un laborator, un fascicul de electroni este emis spre nord. De sus, se observă că fasciculul se curbează spre stânga. Apoi, un fascicul de electroni este emis spre sud. De sus, se observă că fasciculul se curbează spre stânga. Aceasta înseamnă că există...
A. câmp electric care indică spre vest
B. câmp electric care indică spre est
C. câmp magnetic îndreptat în sus
D. câmp magnetic îndreptat în jos
Pembahasan
Electronii sunt încărcați electric și pot fi mișcați de forțe electrice sau magnetice atunci când se află într-un câmp electric sau magnetic. Diferența este că forțele electrice pot mișca electronii atât atunci când sunt în repaus, cât și atunci când sunt în mișcare, în timp ce forțele magnetice pot mișca electronii doar atunci când sunt în mișcare.
O altă diferență este că forța electrică are aceeași direcție ca și câmpul electric, în timp ce forța magnetică este perpendiculară pe câmpul magnetic. Așadar, dacă un electron este mișcat de o forță electrică, direcția mișcării sale este aceeași cu direcția câmpului electric. Invers, dacă un electron este mișcat de o forță magnetică, direcția mișcării sale este aceeași cu direcția forței magnetice, care este perpendiculară pe direcția câmpului magnetic.
Pe baza întrebării de mai sus, se pare că atunci când un electron este emis spre nord, acesta este deviat spre stânga (spre vest), iar atunci când este emis spre sud, acesta este deviat spre stânga (spre est). Dacă un electron este deviat de o forță electrică, atunci direcția forței electrice, care este aceeași cu direcția câmpului electric, se schimbă mereu. Direcția câmpului electric ar trebui să fie constantă. Prin urmare, electronul nu este deviat de forța electrică.
Se poate concluziona că forța magnetică deviază electronii. Pentru a determina direcția forței magnetice (direcția în care sunt deviați electronii), direcția câmpului magnetic și direcția în care sunt emiși electronii, se utilizează regula mâinii drepte.
Aplicați regula mâinii drepte așa cum este explicat mai jos. Întindeți mâna dreaptă, îndreptați degetul mare și apropiați celelalte patru degete. Poziționați degetul mare astfel încât să indice nordul (direcția de mișcare a electronilor), iar cele patru degete să indice vestul (direcția forței magnetice = direcția de deviere a electronilor), apoi dosul mâinii drepte va indica în jos (direcția câmpului magnetic). Invers, poziționați degetul mare astfel încât să indice sudul (direcția de mișcare a electronilor), iar cele patru degete să indice estul (direcția forței magnetice = direcția de deviere a electronilor), apoi dosul mâinii drepte va indica în jos (direcția câmpului magnetic). Se poate concluziona că electronul se află într-un câmp magnetic îndreptat în jos.
Răspunsul corect este D.
Sursa întrebării:
Întrebări OSN pentru fizică la gimnaziu - Liceu
