Примеры задач и формулы для расчета электрической энергии и мощности.
Энергия и Дая Листрик
1. Стоимость электроэнергии за кВт·ч составляет 400 рупий. В доме телевизор мощностью 100 Вт работает в среднем 4 часа в день, а две лампы мощностью 20 Вт каждая используются по 10 часов в день. Стоимость потребления электроэнергии за месяц (30 дней) составляет…
А. 4.800 рупий
Б. 9.600 рупий
С. 19 200 рупий
Д. 21 120 рупий
Обсуждение
Известно, что:
Тариф на электроэнергию составляет 400 рупий/кВтч.
Мощность телевизора = 1 x 100 Вт = 100 Вт, а время работы телевизора = 4 часа x 30 = 120 часов.
Мощность лампы = 2 x 20 Вт = 40 Вт, время работы лампы = 10 часов x 30 = 300 часов.
Вопрос: Стоимость потребления электроэнергии в месяц
Джаваб:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время использования
Электрическая энергия телевизора = 100 Вт x 120 часов = 12 000 Вт·ч
Энергия лампы = 40 Вт x 300 часов = 12 000 Вт·ч
Суммарная энергия = 12 000 ватт-часов + 12 000 ватт-часов = 24 000 ватт-часов = 24 киловатт-часа = 24 киловатт-часа = 24 кВт·ч
Стоимость потребления электроэнергии в месяц = (24 кВт·ч)(400 рупий/кВт·ч) = (24)(400 рупий) = 9.600 рупий
Правильный ответ — B.
2. Две лампы, каждая с маркировкой 24 Вт / 12 В, соединены параллельно, а затем последовательно через резистор 2 Ом. Эта цепь затем подключена к источнику напряжения таким образом, чтобы обе лампы светили только на 25% от своей максимальной яркости. Если одна лампа внезапно перегорит, другая загорится с питанием…
А. 12 Вт
В. 7,5 Вт
C. 6 Вт
D. 3 Вт
Обсуждение
Формула мощности:
П = VI
I = PV
или
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / Р
Р = В2 / П
или
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
П = Я2 R
I2 = P / R
Описание: P = электрическая мощность, V = электрическое напряжение, I = электрический ток, R = сопротивление лампы.
Рассчитайте сопротивление цепи:
На обеих лампах указана мощность 24 Вт / напряжение 12 В, что означает, что каждая лампа будет светить с максимальной мощностью 24 Вт при подключении к напряжению 12 В.
Сопротивление каждой лампы рассчитывается по формуле мощности:
Р = В2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ом
Две лампы соединены параллельно, поэтому эквивалентное сопротивление равно:
1 / Р12 = 1 / R1 + 1 / R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 Ома
Две лампы соединены последовательно через резистор сопротивлением 2 Ома, поэтому эквивалентное сопротивление равно:
R = 3 Ом + 2 Ом = 5 Ом
Таким образом, сопротивление цепи = R = 5 Ом.
Рассчитайте электрический ток, протекающий в цепи:
Если оба светильника включены с уровнем яркости 25%, то мощность обоих светильников составляет 25/100 x 24 Вт = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Вт.
Электрический ток, протекающий через лампу, рассчитывается по формуле мощности:
I2 = P / R = 6 Вт / 6 Ом = 1 Ампер
Электрический ток, протекающий через каждую лампу, составляет 1 ампер. Две лампы соединены параллельно, поэтому согласно первому закону Кирхгофа, суммарный электрический ток, протекающий через обе лампы, составляет 2 ампера. Две лампы соединены последовательно через резистор сопротивлением 2 Ом, поэтому электрический ток, протекающий через резистор сопротивлением 2 Ом, также составляет 2 ампера.
Таким образом, электрический ток, протекающий в цепи, равен I = 2 ампера.
Рассчитайте напряжение источника ЭДС:
Электрическое напряжение составляет:
В = IR = (2 ампера)(5 Ом) = 10 вольт
Это напряжение источника ЭДС, значение которого не изменяется ни до перегорания одной из ламп, ни после перегорания одной из них.
Рассчитайте сопротивление цепи после того, как перегорит одна из лампочек:
Если одна из лампочек перегорит, другая, которая всё ещё горит, подключается последовательно с резистором сопротивлением 2 Ом. Таким образом, сопротивление цепи изменяется следующим образом:
R = 6 Ом + 2 Ом = 8 Ом
Рассчитайте электрический ток, протекающий в цепи после того, как перегорит одна из лампочек:
Электрический ток, протекающий в цепи, равен:
I = V / R = 10 Вольт / 8 Ом = 1,25 Ампера
Лампа и резистор соединены последовательно таким образом, что электрический ток, протекающий в цепи, равен электрическому току, протекающему в лампе, и равен электрическому току, протекающему в резисторе.
Рассчитайте мощность лампы:
После того, как один из светодиодов перегорит, остальные загорятся с мощностью:
P = VI = (10 Вольт) (1,25 Ампер) = 12,5 Вт
движение электронов
3. Известно, что масса электрона равна 9,1 х 10¹⁰.-31 кг и заряд электрона 1,6 x 10-19 C. Разность потенциалов, необходимая для ускорения электрона со скоростью 1 x 10⁻⁶.5 м/с становится 3 x 105 м/с — это….
А. 28,4375 мВ
Б. 56,875 мВ
С. 113,75 мВ
Д. 227,5 мВ
Обсуждение
Известно, что:
Масса электрона (m) = 9,1 х 10¹⁰-31 kg
Заряд электрона (q) = 1,6 x 10¹⁰-19 C
Начальная скорость (v)o) = 1 х 105 м/с —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Конечная скорость (v)t) = 3 х 105 м/с —> vt2 = 9 x 1010¹⁰ м2/s2
Вопрос: Разность потенциалов (В), необходимая для ускорения электрона.
Джаваб:
Изменение электрической потенциальной энергии = q V = (1,6 x 10)-19 РЕЗЮМЕ
Изменение кинетической энергии = EKt – ЭКo = 1/2 м (v)t2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 кг)(9 x 1010 m2/s2 - 1 х 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 кг)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 х 10-21 кг м2/s2
Энергия вечна, поэтому электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию:
Премьер-лига проиграла = появился ЕК
(1,6 х 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 х 10-19
V = 22,75 x 10-2 Вольт
V = 227,5 x 10-3 Вольт
В = 227,5 милливольт
Правильный ответ — D.
4. Вопросы Национальной научной олимпиады 2011 года для средних школ на уровне округа/города № 56
В лаборатории пучок электронов направляется на север. Сверху видно, что пучок отклоняется влево. Затем пучок электронов направляется на юг. Сверху видно, что пучок отклоняется влево. Это означает, что…
Электрическое поле, направленное на запад.
Б. электрическое поле, направленное на восток.
C. магнитное поле, направленное вверх
D. магнитное поле, направленное вниз
Обсуждение
Электроны имеют электрический заряд и могут перемещаться под действием электрических или магнитных сил, находясь в электрическом или магнитном поле. Разница заключается в том, что электрические силы могут перемещать электроны как в состоянии покоя, так и в движении, тогда как магнитные силы могут перемещать электроны только в движении.
Ещё одно различие заключается в том, что электрическая сила направлена в том же направлении, что и электрическое поле, тогда как магнитная сила перпендикулярна магнитному полю. Таким образом, если электрон перемещается под действием электрической силы, направление его движения совпадает с направлением электрического поля. И наоборот, если электрон перемещается под действием магнитной силы, направление его движения совпадает с направлением магнитной силы, которое перпендикулярно направлению магнитного поля.
Исходя из приведенного выше вопроса, кажется, что когда электрон направляется на север, он отклоняется влево (на запад), а когда он направляется на юг, он отклоняется влево (на восток). Если электрон отклоняется электрической силой, то направление электрической силы, которое совпадает с направлением электрического поля, постоянно меняется. Направление электрического поля должно быть постоянным. Следовательно, электрон не отклоняется электрической силой.
Можно сделать вывод, что магнитная сила отклоняет электроны. Для определения направления магнитной силы (направления отклонения электронов), направления магнитного поля и направления вылета электронов используйте правило правой руки.
Примените правило правой руки, как описано ниже. Вытяните правую руку, выпрямите большой палец и сомкните остальные четыре пальца. Расположите большой палец так, чтобы он указывал на север (направление движения электрона), а четыре пальца — на запад (направление магнитной силы = направление отклонения электрона), тогда тыльная сторона правой руки будет указывать вниз (направление магнитного поля). И наоборот, расположите большой палец так, чтобы он указывал на юг (направление движения электрона), а четыре пальца — на восток (направление магнитной силы = направление отклонения электрона), тогда тыльная сторона правой руки будет указывать вниз (направление магнитного поля). Можно сделать вывод, что электрон находится в магнитном поле, направленном вниз.
Правильный ответ — D.
Источник вопроса:
Вопросы OSN по физике для средней школы
