Тепловая мощность тока физика задачи с решениями

§ 107. Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

При решении задач, связанных с расчётом работы и мощности тока, надо применять формулы (15.13) и (15.15).

Для определения силы тока в замкнутой цепи надо использовать закон Ома для полной цепи, а в случае нескольких источников правильно определить суммарную ЭДС.

Задача 1. Аккумулятор с ЭДС Ε = 6,0 В и внутренним сопротивлением r — 0,1 Ом питает внешнюю цепь с сопротивлением R = 12,4 Ом. Какое количество теплоты Q выделится во всей цепи за время t = 10 мин?

Р е ш е н и е. Согласно закону Ома для замкнутой цепи сила тока в цепи равна Количество теплоты, выделившейся на внешнем участке цепи, Q₁ = I 2 Rt, на внутреннем — Q₂ = I 2 rt. Полное количество теплоты

Задача 2. Разность потенциалов в сети зарядной станции равна 20 В. Внутреннее сопротивление аккумулятора, поставленного на зарядку, равно 0,8 Ом; в начальный момент времени его остаточная ЭДС равна 12 В. Какая мощность будет расходоваться станцией на зарядку аккумулятора при этих условиях? Какая часть этой мощности будет расходоваться на нагревание аккумулятора?

Р е ш е н и е. При зарядке аккумулятора зарядное устройство и аккумулятор соединены разноимёнными полюсами навстречу друг другу. Сила тока, идущего через аккумулятор, I = (U — Ε)/R. Мощность, расходуемая станцией:

Р₁ = UI = U(U — Ε)/R = 200 Вт.

Мощность, расходуемая на нагревание аккумулятора:

Задача 3. При подключении вольтметра сопротивлением R_V = 200 Ом непосредственно к зажимам источника он показывает U = 20 В. Если же этот источник замкнуть на резистор сопротивлением R = 8 Ом, то сила тока в цепи I₂ = 0,5 А. Определите ЭДС и внутреннее сопротивление источника.

Р е ш е н и е. По закону Ома для полной цепи в первом случае сила тока во втором случае Показания вольтметра — падение напряжения на его внутреннем сопротивлении, т. е. U = I₁R_V. Из соотношения I₁(R_V + r) = I₂(R + r) найдём внутреннее сопротивление источника:

Для ЭДС источника запишем: Ε = I₂(R + r) = 24 В.

Задача 4. Определите силу тока короткого замыкания для источника, который при силе тока в цепи I₁ = 10 А имеет полезную мощность Р₁ = 500 Вт, а при силе тока I₂ = 5 А — мощность Р₂ = 375 Вт.

Р е ш е н и е. Сила тока короткого замыкания Полезная мощность Р = IU, где U — напряжение на зажимах источника, или падение напряжения на внешнем участке цепи. Напряжения на зажимах источника в первом и во втором случаях

Вычтем почленно из первого выражения второе:

откуда определим

ЭДС источника тока

Окончательно для силы тока короткого замыкания

Задача 5. Конденсатор ёмкостью 2 мкФ включён в цепь (рис. 15.12), содержащую три резистора и источник постоянного тока с ЭДС 3,6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом. Сопротивления резисторов R₁ = 4 Ом, R₂ = 7 Ом, R₃ = 3 Ом. Чему равен заряд на правой обкладке конденсатора?

Р е ш е н и е. Участок цепи, в котором находится конденсатор, разомкнут, и ток через резистор R₃ не идёт.

Разность потенциалов между пластинами конденсатора равна падению напряжения на резисторе R2: U = IR₂.

Сила тока, идущего по цепи, согласно закону Ома равна

Заряд на обкладках конденсатора

На правой обкладке конденсатора накопится отрицательный заряд, так как она подключена к отрицательному полюсу источника.

Задача 6. Определите параметры источника тока, если известно, что максимальная мощность, равная 40 Вт, выделяется при подключении резистора сопротивлением 10 Ом.

Р е ш е н и е. Максимальная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений, следовательно, R = r = 10 Ом.

Мощность определяется формулой Р = I 2 R, или с учётом закона Ома:

Тогда ЭДС источника

Задачи для самостоятельного решения

1. За некоторый промежуток времени электрическая плитка, включённая в сеть с постоянным напряжением, выделила количество теплоты Q. Какое количество теплоты выделят за то же время две такие плитки, включённые в ту же сеть последовательно? параллельно? Изменение сопротивления спирали в зависимости от температуры не учитывать.

2. Чему равно напряжение на клеммах гальванического элемента с ЭДС, равной Ε, если цепь разомкнута?

3. Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС Ε = 12 В и внутренним сопротивлением r = 0,01 Ом?

4. Батарейка для карманного фонаря замкнута на резистор переменного сопротивления. При сопротивлении резистора, равном 1,65 Ом, напряжение на нём равно 3,30 В, а при сопротивлении, равном 3,50 Ом, напряжение равно 3,50 В. Определите ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки.

5. Источники тока с ЭДС 4,50 В и 1,50 В и внутренними сопротивлениями 1,50 Ом и 0,50 Ом, соединённые, как показано на рисунке (15.13), питают лампу от карманного фонаря. Какую мощность потребляет лампа, если известно, что сопротивление её нити в нагретом состоянии равно 23 Ом?

6. Замкнутая цепь питается от источника с ЭДС Ε = 6 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом. Постройте графики зависимости силы тока в цепи, напряжения на зажимах источника и мощности от сопротивления внешнего участка.

7. Два элемента, имеющие одинаковые ЭДС по 4,1 В и одинаковые внутренние сопротивления по 4 Ом, соединены одноимёнными полюсами, от которых сделаны выводы, так что получилась батарейка. Какую ЭДС и какое внутреннее сопротивление должен иметь элемент, которым можно было бы заменить такую батарейку?

Образцы заданий ЕГЭ

C1. Резисторы поочерёдно подключают к источнику постоянного тока. Сопротивления резисторов равны соответственно 3 Ом и 12 Ом. Мощность тока в резисторах одинакова. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?

C2. ЭДС источника постоянного тока Ε = 2 В, а его внутреннее сопротивление r = 1 Ом. Мощность тока в резисторе, подключённом к источнику, Р = 0,75 Вт. Чему равна сила тока в цепи?

C3. Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источника б В, его внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление реостата можно изменять в пределах от 1 до 5 Ом. Чему равна максимальная мощность, выделяемая на реостате?

C4. К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 10 м приложили разность потенциалов 1 В. Определите промежуток времени, в течение которого температура проводника повысится на 10 К. Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании можно пренебречь. Плотность меди 8900 кг/м 3 , удельное сопротивление меди 1,7 • 10 -8 Ом • м, удельная теплоёмкость меди 380 Дж/(кг • К).

Повторите материал главы 15 по следующему плану

1. Выпишите основные понятия и физические величины и дайте им определение.

2. Сформулируйте законы и запишите основные формулы.

3. Укажите единицы физических величин и их выражение через основные единицы СИ.

4. Опишите основные опыты, подтверждающие справедливость законов.

«Источники постоянного тока и их применение»

1. Первые источники тока — химические источники.

2. Фотоэлектрический эффект. Фотоэлементы.

3. Термоэлектрический эффект. Термоэлементы.

4. Применение источников постоянного тока в современной технике.

«Экспериментальная проверка закона Ома для полной цепи»

«Создание экспериментальной установки для исследования тепловых действий тока»

Презентация на тему: Решение задач на расчет работы и мощности электрического тока, тепловое действие тока

Решение задач на расчет работы и мощности электрического тока, тепловое действие тока Формулы работы и мощности электрического тока.Закон Джоуля-Ленца.Закон сохранения энергии.Закономерности последовательного и параллельного соединения проводников.Зависимость сопротивления от материала и размеров.Формулы для расчета количества теплоты в различных процессах.

Решая задачи на расчет работы и мощности электрического тока необходимо помнить: Формулы работы и мощности электрического тока.Закон Джоуля-Ленца.Закон сохранения энергии.Закономерности последовательного и параллельного соединения проводников.Зависимость сопротивления от материала и размеров.Формулы для расчета количества теплоты в различных процессах.

Задача № 1. Условие В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Обратите внимание!Нам не дано напряжение или сила тока. Значит, нас не спрашивают о том, ЧЕМУ РАВНА мощность. Требуется только ответить на вопрос, на каком резисторе тепловая мощность будет максимальной. Как Вам кажется: на каком резисторе мощность будет больше?Давайте проверим!

Задача № 1. Анализ условия В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов. Вспомним, как можно рассчитать мощность электрического тока?

Задача № 1. Решение В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Подумайте, какой формулой для расчета мощности удобнее пользоваться в случае последовательного соединения резисторов? Нажмите на выбранную Вами формулу Подсказка. Нажмите меня Если резисторы соединены последовательно, значит в них текут одинаковые по величине токи.

Задача № 1. Решение В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Т.к. при последовательном соединении токи одинаковы, то большая мощность выделится на резисторе, сопротивление которого больше (говорят: на большем по номиналу).Следовательно на резисторе R2 выделится в 2 раза большая мощность, чем на резисторе R1.Аналогично: на резисторе R4 выделится в 2 раза большая мощность, чем на резисторе R3.Отметим при этом, что сопротивление резистора R4 в 2 раза больше, чем сопротивление резистора R2.

Задача № 1. Решение В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Теперь надо обсудить, на каком из двух резисторов – R2 или R4 – выделится большая мощность.Т.к. эти резисторы находятся в параллельных ветвях цепи, то в них текут разные токи. Согласно свойствам параллельного соединения, ток в параллельной ветви тем больше, чем меньше сопротивление этой ветви.Сопротивление верхней ветви меньше в 2 раза, значит, ток больше в 2 раза.

Задача № 1. Решение В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Подведем итоги:Выделяемая мощность: Сила тока в верхней ветви в 2 раза больше, чем в нижней:Сопротивление резистора R4 в 2 раза больше, чем сопротивление резистора R2: Следовательно:Т.к. мощность пропорциональна квадрату силы тока, тоБольшая мощность (в 2 раза) выделится на резисторе R2

Задача № 1. Решение В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, резисторы имеют сопротивления: R1=1 Ом, R2=2 Ом, R3=2 Ом, R4=4 Ом.На каком резисторе выделяется большая тепловая мощность? Ответ: большая тепловая мощность выделится на втором резисторе

Обратите внимание: Мы решили задачу разными способами и, естественно, получили одинаковые ответы.Вы, решая любую задачу, имеете право выбирать способ решения. Ваша оценка не зависит от выбранного способа, если только это специально не оговорено в условии задачи или учителем.Выбирайте тот способ, который Вам удобнее и понятнее, но обязательно подумайте: нет ли более простого, более «физического» способа решения. Важно только, чтобы выбранные Вами способы решения были правильными.

Задача № 2. Условие Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник? Внимание!В нашей задаче необходимо знание двух табличных величин – удельного сопротивления нихрома и плотности воды.Обе эти величины обычно обозначаются одной и той же буквой: ρ.Для того, чтобы избежать путаницы, введем обозначения:ρ у.с. – удельное сопротивление,ρп – плотность.

Задача № 2. Решение Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник? При протекании тока согласно закону Джоуля-Ленца выделяется количество теплоты, равное Формула расчета сопротивления:

Задача № 2. Решение Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник? Так как по условию кпд кипятильника 80%, то только 80% энергии электрического тока идет на нагревание воды (остальная часть – на нагревание сосуда, воздуха и т.п.).Следовательно:

Задача № 2. Решение Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник?

Задача № 2. Решение Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник? Подставим значения и проведем действия с наименованиями Получим: ℓ ≈29,04 м Ответ: длина нихромовой проволоки, из которой изготовлен кипятильник примерно 29, 04 м.

Задача № 2. Анализ решения Кипятильник с кпд 80% изготовлен из нихромовой проволоки сечением 0,84 мм2 и включен в сеть с напряжением 220 В. За 20 минут с его помощью было нагрето 4 л воды от 10°С до 90°С. Какова длина проволоки, из которой изготовлен кипятильник? Выразили длину проволоки из формулы зависимости сопротивления проводника от материала и размеров; Т.к. в основе действия кипятильника лежит тепловое действие тока, записали закон Джоуля-Ленца и преобразовали (с учетом закона Ома) через известное напряжение. Получили значение сопротивления проволоки кипятильника.Записали формулу для расчета количества теплоты при нагревании и преобразовали с учетом зависимости массы от плотности и объема.Исходя из закона сохранения энергии (с учетом кпд кипятильника) записали соотношение между количеством теплоты, выделившимся при прохождении тока, и количеством теплоты, необходимым для нагревания воды.Получили конечную формулу путем подстановки

Спасибо! Переходите к следующей части курса

Задачи на применение закона Джоуля-Ленца с решением

Закон Джоуля-Ленца описывает тепловое действие электрического тока и находит широкое применение в электротехнике. В сегодняшней статье разберем несколько задач на закон Джоуля-Ленца.

Лень решать задачи? Зайдите на наш телеграм-канал: там найдется много интересного для всех учащихся. А если вы решили обратиться к нам за помощью, не упустите выгоду и обязательно прочекайте приятные скидки и акции на нашем втором канале.

Закон Джоуля-Ленца: задачи с решением

Для решения любой физической задачи существует алгоритм: сначала записываются все известные данные, затем определяются величины, которые нужно найти. Подробнее о решении физических задач читайте в нашей памятке для студентов. Также советуем держать под рукой формулы, это существенно облегчит процесс решения.

Кстати, если вы интересуетесь задачами на закон Джоуля-Ленца, вам также может быть полезно ознакомиться с задачами на мощность тока.

Задача на закон Джоуля-Ленца №1

Условие

Какое количество теплоты выделяет за 5 минут нагреватель электрочайника, если его сопротивление равно 30 Ом, а сила тока в цепи 1,5 А?

Решение

Это простейшая задача на закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Запишем сам закон:

Подставив значения из условия в формулу, найдем:

Q = 1 , 5 2 · 30 · 300 = 20250 Д ж

Ответ: 20,25 кДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №2

Условие

Какое количество теплоты выделит за 40 минут спираль электроплитки, если сила тока в цепи 3 А, а напряжение 220 В?

Решение

Эта также простейшая задача на закон Джоуля-Ленца, но, в отличие от первой задачи, при ее решении используется другая формулировка закона. Сначала запишем закон Джоуля-Ленца:

Теперь перепишем его с учетом закона Ома:

I = U R R = U I Q = I 2 U I t = I U t

Осталось подставить значения и вычислить:

Q = 3 · 220 · 2400 = 1 , 584 М Д ж

Ответ: 1,584 МДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №3

Условие

Сколько минут ток шел по проводнику сопротивлением 25 Ом, если при силе тока 1 А проводник вылелил 6 кДж теплоты.

Решение

Запишем закон Джоуля-Ленца и выразим время:

Q = I 2 R t t = Q I 2 R

t = 6000 1 2 · 25 = 240 c = 4 м и н

Ответ: 4 минуты.

При расчетах не забывайте переводить все величины из условия в систему СИ.

Задача на закон Джоуля-Ленца №4

Условие

Электрическая плитка при силе тока 4 А за 20 минут потребляет 1000 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Решение

Выразим сопротивление из закона Джоуля-Ленца:

Q = I 2 R t R = Q I 2 t

Подставим значения и вычислим:

R = 1000 · 10 3 16 · 1200 = 52 О м

Ответ: 52 Ом.

Задача на закон Джоуля-Ленца №5

Условие

По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

Решение

Заряд можно определить, зная время и силу тока. А зная заряд и врямя, за которое он прошел по проводнику, найдем силу тока:

Запишем закон Джоуля-Ленца для количества теплоты:

Q = I 2 R t Q = q 2 t 2 R t = q 2 R t

Подставим значения и вычислим:

Q = 3 2 · 6 9 = 6 Д ж

Ответ: 6 Дж.

Вопросы на закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1. Как звучит закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца гласит:

Количество теплоты, выделившейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Вопрос 2. Почему проводник с током нагревается?

Ответ. При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться. Это сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием. При этом энергия тока выделяется в виде теплоты, которую называют джоулевым теплом.

Вопрос 3. Как был открыт закон Джоуля-Ленца?

Ответ. По спирали, помещенной в калориметр с водой, пропускали электрический ток. Через некоторое время вода нагревалась. По температуре воды можно было вычислить количество выделившейся теплоты. Эмпирическим путем было доказано, что при прохождении тока по проводнику, обладающему определенным сопротивлением, в течение времени током совершается работа, проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц изучали зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока одновременно. Они пришли к одному и тому же выводу независимо друг от друга.

Вопрос 4. Как еще можно записать закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Воспользовавшись законом Ома для участа цепи, закон Джоуля-Ленца можно переписать следующим образом:

Q = U I t = U 2 R t

Вопрос 5. Каково практическое применение закона Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца находит широкое применение на практике:

1. На нем основан принцип действия многих нагревательных приборов (чайник, электроплитка, фен, утюг, паяльник и т.д).
2. На принципе закона Джоуля-Ленца основана контактная сварка, где создание неразъемного сварного соединения достигается путем нагрева металла за счет проходящего через него электрического тока и пластической деформации свариваемых деталей путем сжатия. Электродуговая сварка также использует закон Джоуля-Ленца.
3. Расчеты на основе закона Джоуля-Ленца позволяют стабилизировать и минимизировать тепловые потери в линиях электропередач.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий по учебе? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся в любое время.

• Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Методика решения задач по физике

В проводнике с конечным (не равным нулю) сопротивлением при протекании по нему электрического тока непрерывно выделяется тепло (проводник нагревается). Количество тепла, выделяющееся в единицу времени называют тепловой мощностью (или мощностью тока)

Чтобы вычислить отсюда количество тепла, выделившегося за промежуток времени от момента времени t1 до момента t2, нужно вычислить интеграл

Если тепловая мощность не зависит от времени, то интеграл сводится к простому выражению Q = P (t2 – t1). Соответственно, простую формулу имеем и для мощности тока P = Q/(t2 – t1).

Закон Джоуля – Ленца можно записать тремя способами – либо в форме

либо (с учетом закона Ома U = J R) в виде P = JR J, т.е.

либо, наконец, еще как P = (U/R)2R, т.е.

Какой формулой удобнее пользоваться, определяется конкретной постановкой задачи (см. задачи 4.3.1 и 4.3.2).

Проводник составлен из двух состыкованных друг с другом торцами цилиндров разного поперечного сечения (S1 > S2), но из одного и того же материала. По проводнику пропускают электрический ток. Рассмотрим два элемента одинаковой длины l в обоих цилиндрах. В каком из них тепловая мощность тока больше – там, где сечение больше, или там, где меньше? [В тонком цилиндре локальный разогрев сильнее, чем в толстом]

В электрокамине перегорела спираль, развалившись на две примерно равные половинки. Не имея под рукой запасной исправной спирали, перегоревшую спираль решают заменить временно на одну из ее половинок. Сильнее и слабее будет греть после этого электрокамин? [P’ = 2P]

В электрокамине имеется 2 спирали – одна на 600 Вт, а другая на 400 Вт. Перегорела 600-ваттная спираль, развалившись на две примерно равные половинки. Перегоревшую спираль решают заменить временно на одну из ее половинок. Какую мощность после этого будет вырабатывать электрокамин? [1600 Вт]

В электрокамине имеется 2 спирали – одна на 600 Вт, а другая на 400 Вт. Перегорела 400-ваттная спираль, развалившись на две примерно равные половинки. Перегоревшую спираль решают заменить временно на одну из ее половинок. Какую мощность после этого будет вырабатывать электрокамин? [1400 Вт]

Что больше – сопротивление в рабочем состоянии 100-ваттной или 40-ваттной лампочки, рассчитанных на одно и то же напряжение 220 В, – и во сколько раз? [R40/R100=100/40= 2.5]

Что больше – сопротивление в рабочем состоянии электрокамина мощностью 1 кВт или лампочки карманного фонарика также в рабочем состоянии? При работе с батарейкой в 4.5 В по лампочке протекает ток 0.3 А. [Сопротивление электрокамина = 48.4 Ом, сопротивление лампочки карманного фонарика = 15 Ом.]

Что больше – сопротивление в рабочем состоянии электрокамина мощностью 1 кВт или 40-ваттной лампочки также в рабочем состоянии? [Сопротивление электрокамина = 48.4 Ом, сопротивление 40-ваттной лампочки = 1210 Ом.]

В люстре одновременно светят 3 лампочки – 100-ваттная, 75-ваттная и 40-ваттная. Какие токи текут в лампах? [J100 = 100Вт/220В » 0.45 А, J75 = 75/220 » 0.34 А, J40 = 40/220 » 0.18 А]

Домашний пробочный предохранитель рассчитан на максимальный ток 15 ампер. Желая скорее прогреть квартиру, хотят одновременно включить несколько электрокаминов мощностью 1 кВт. Какое наибольшее число электрических каминов можно включить сразу, чтобы еще не выбило пробку? Напряжение в сети = 220 В. Как изменится оценка, если в квартире установлена пробка, рассчитанная на 10 А? [В квартире могут работать одновременно не более 3-х электрокаминов. Для пробочного предохранителя с Jmax = 10 одновременно можно включить лишь 2 электрокамина]

Считается, что все электроприборы в квартире включены параллельно друг другу. Это обеспечивается малостью сопротивлений проводов, а потому малым падением напряжения на соединительных проводах. Пусть напряжение в розетке равно U = 220 В, и пусть электрокамин мощностью P = 1 кВт включен не прямо в розетку, а с помощью удлинителя длиной L = 5 м. В удлинителе используется медный провод диаметром d = 1 мм. Какую реально мощность P’ дает электрокамин с учетом падения напряжения на проводе удлинителя? (Задача могла быть переформулирована и для удаленной розетки.) Удельное сопротивление меди r = 1.7 ´ 10-8 Ом м. [P’ = 991 Вт]

Ток через проводник с сопротивлением R = 1 Ом за время t = 1 мс равномерно увеличивался от нулевого значения до значения Jm = 1 А. Какое количество тепла за это время выделилось в проводнике? [0.33 мДж]

Ток через проводник с сопротивление R = 1 Ом за время t = 10 с равномерно уменьшался от значения Jm = 1 А до нуля. Какое количество тепла за это время выделилось в проводнике? [ » 3.3 Дж]

Продолжительность молнии примерно t = 0.001 с. Разность потенциалов между ее концами U = 109 В, а сила тока J = 2 ´ 104 А. Какая энергия выделяется при ударе молнии? На какое время работы лампочки мощностью P = 100 Вт хватило бы этой энергии? Какова «стоимость» молнии при тарифе 1 рубль за 1 кВт-час? [W= 1010 Дж » 2780 кВт-часов, T » 3.2 года. «Стоимость» молнии » 2780 рублей]

Электродвигатель подъемного крана подключен к источнику тока с напряжением U = 380 В, при этом сила тока в его обмотке J = 20 А. Каков КПД подъемного крана, если груз массой m = 1 т кран поднимает на высоту h = 19 м за время t = 50 с? [mgh/(mgh +UJt) = 0.33 = 33%.]

Пусть электрическая мощность 66 кВт передается от электростанции в город под напряжением 22 000 В. Сопротивление линии электропередачи (ЛЭП) равно 0.4 Ом. А) Сколько теплоты выделится в линии (а не на полезной нагрузке в городе)? Б) Сколько тепла выделилось бы в линии, если бы та же мощность передавалась под напряжением 220 В (именно такое напряжение обычно используется потребителями)? [В случае А) выделившееся тепло составит (3 А)2 0.4 Ом = 3.6 Вт, что составляет всего около 0.005% от передаваемой мощности. В случае Б) тепловые потери в ЛЭП = 36 000 Вт, т.е. больше половины передаваемой мощности (54.5%) будет потеряно в виде тепла]

Электроэнергия генератора мощностью P0 передается потребителю по проводам, общее сопротивление которых r; напряжение генератора U0. Определить КПД h линии передачи, т.е. отношение мощности, выделяемой на полезной нагрузке, к мощности генератора. Внутренним сопротивлением генератора пренебречь. [ h = P/P0 = 1 – P0 r/U02. Заметим, что при увеличении напряжения, КПД увеличивается и стремится к единице! (Сравните с предыдущей задачей!)]

Линия электропередачи длиной L = 100 км работает при напряжении U = 200 000 В. Определить КПД линии. Линия выполнена из алюминиевого кабеля площадью поперечного сечения S = 150 мм2. Передаваемая мощность P = 30 000 кВт. Удельное сопротивление алюминия r = 2.8 ´ 10-8 Ом м. [КПД = 1 – 2P r L/SU2 » 0.97 = 97%]

При питании лампочки от элемента с ЭДС E =1.5 В сила тока в цепи равна J = 0.2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за время t = 1 мин. [E J t = 18 Дж]

К источнику с ЭДС E = 3 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом подключен резистор с сопротивлением R = 2 Ом. Найти полезную мощность источника тока, мощность источника тока и потери мощности в цепи. [Pполезн. = 2 Вт, Pист. = 3 Вт, Pпотреь = 1 Вт]

К источнику с внутренним сопротивлением r = 1 Ом подключен резистор с сопротивлением R = 9 Ом. Найти КПД источника тока. [КПД = R/(R + r) = 0.9 = 90%]

При питании лампочки от источника ЭДС E = 1.5 В напряжение на ней U = 1.4 В. Найти КПД источника тока. [КПД = R/(R + r) = U/E » 0.93 = 93%]

Цепь содержит батарейку с ЭДС E = 9 В и внутренним сопротивлением r = 4 Ом, замкнутую на резистор с сопротивлением R. Определить ток в цепи J, полезную мощность (выделяющуюся на резисторе) P и КПД источника h для трех случаев: 1) R = 0.04 Ом > r.

[1) J » 2.23 А, P0 » 20.0 Вт, P » 0.2 Вт, h = P/P0 » 0.01; 2) J = 1.125 А, P0 = 10.125 Вт, P = 5.0625 Вт, h = P/P0 = 0.5; 3) J » 0.02 А, P0 » 0.2005 Вт, P » 0.1985 Вт, h = P/P0 » 0.99]

При каком сопротивлении нагрузки в условиях предыдущей задачи максимальна полезная мощность источника (при фиксированных ЭДС источника и его внутреннем сопротивлении)? [R = r]

Электрическая цепь состоит из конденсатора емкостью C и резистора с сопротивлением R. До момента t = 0 цепь разомкнута, а конденсатор имел заряд q(t = 0) = q0. В момент времени t = 0 цепь замыкают. Показать, что начальная энергия конденсатора равна полному джоулеву теплу, выделившемуся на резисторе за все время разрядки конденсатора.

Электрическая цепь состоит из конденсатора емкостью C, резистора с сопротивлением R и батареи с ЭДС E, внутренним сопротивлением которой можно пренебречь. До момента t = 0 цепь разомкнута, а конденсатор не заряжен q(t = 0) = 0. В момент времени t = 0 цепь замыкают. Определить: а) энергию конденсатора к концу зарядки и б) полное джоулево тепло, выделившееся на резисторе за все время зарядки конденсатора. Откуда взялась вся эта энергия?