| 
ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
.gif) .jpg) |
| ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ |
Θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος
ΑΣΚΗΣΗ 1
Σε ηλεκτρικό καταναλωτή αναγράφονται από τον κατασκευαστή οι ενδείξεις <<12 V,30 W>>.
Τι σημαίνει αυτή η πληροφορία;
Αν εφαρμόσουμε στους πόλους του καταναλωτή τάση 12 V,πόση θα είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που θα τον διαρρέει;
Τι σημαίνει αυτή η πληροφορία;
Αν εφαρμόσουμε στους πόλους του καταναλωτή τάση 12 V,πόση θα είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που θα τον διαρρέει;
ΛΥΣΗ
Ο κατασκευαστής της συγκεκριμένης συσκευής μας πληροφορεί ότι η συσκευή λειτουργεί κανονικά όταν στα άκρα της υπάρχει τάση 12 V και τότε αποδίδει ισχύ 30W.Αν στην συσκευή υπάρχει μικρότερη τάση από 12 V τότε η συσκευή δεν λειτουργεί κανονικά,δηλαδή υπολειτουργεί.Αν στην συσκευή υπάρχει μεγαλύτερη τάση από 12 V τότε η συσκευή κινδυνεύει να καταστραφεί.Αν εφαρμόσουμε στους πόλους του καταναλωτή τάση 12 V θέλουμε να υπολογίσουμε την ένταση Ι του ηλεκτρικού ρεύματος.
Έχουμε τον τύπο:
Έχουμε τον τύπο:
Ρ=V·Ι ή
Ι=Ρ/V ή
Ι=30/12 ή
Ι=2,5 Α
Ι=Ρ/V ή
Ι=30/12 ή
Ι=2,5 Α
Άρα η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον καταναλωτή είναι Ι=2,5 Α.
ΑΣΚΗΣΗ 2
Τρεις ηλεκτρικές συσκευές,ένας αντιστάτης,ένας κινητήρας και ένας συσσωρευτής έχουν χαρακτηριστικά λειτουργίας (12 V,6 W),(12 V,30 W) και (12 V,24 W) αντίστοιχα.
Πώς πρέπει να τις συνδέσουμε με πηγή σταθερής τάσης 12,ώστε να λειτουργήσουν σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή τους;
Πόση είναι η ολική ηλεκτρική ισχύς που παρέχει τότε η ηλεκτρική πηγή και στις τρεις συσκευές;
Πώς πρέπει να τις συνδέσουμε με πηγή σταθερής τάσης 12,ώστε να λειτουργήσουν σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή τους;
Πόση είναι η ολική ηλεκτρική ισχύς που παρέχει τότε η ηλεκτρική πηγή και στις τρεις συσκευές;
ΛΥΣΗ
Από τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών βλέπουμε ότι για να λειτουργήσουν κανονικά οι συσκευές αυτές θα πρέπει στα άκρα της κάθε συσκευής να υπάρχει τάση 12 V.Ο μόνος τρόπος για να έχουν και οι τρεις συσκευές τάση 12 V στα άκρα τους είναι να τις συνδέσουμε παράλληλα μεταξύ τους και στα άκρα τους να συνδέσουμε την ηλεκτρική πηγή.Έτσι η κάθε συσκευή λειτουργεί κανονικά γιατί στα άκρα της κάθε συσκευής υπάρχει τάση 12 V.
Η ολική ηλεκτρική ισχύς που παρέχει η ηλεκτρική πηγή και στις τρεις συσκευές δίνεται από τον τύπο:
Ρολ=Ρ1+Ρ2+Ρ3 ή
Ρολ=Ρ1+Ρ2+Ρ3 ή
Ρολ=6+30+24 ή
Ρ=60 W
Άρα η ολική ηλεκτρική ισχύς που παρέχει η ηλεκτρική πηγή και στις τρεις συσκευές είναι Ρ=60 W.
ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ
ΑΣΚΗΣΗ 3
Στους πόλους ηλεκτρικής πηγής σταθερής τάσης 6 V συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης 6 Ω σε σειρά με αμπερόμετρο.
α) Σχεδίασε το κύκλωμα.
β) Ποια είναι η ένδειξη του αμπερόμετρου;
γ) Ποια είναι η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από τον αντιστάτη προς το περιβάλλον σε χρόνο δύο λεπτών;
δ) Πόση είναι η ηλεκτρική ενέργεια που προσδίδει η πηγή στο κύκλωμα στον ίδιο χρόνο;
ε) Αν αντικαταστήσουμε τον αντιστάτη με έναν άλλο που έχει τη μισή αντίσταση, σε πόσο χρόνο θα παραχθεί απ’ αυτόν η ίδια ποσότα θερμότητας;
στ) Πόση είναι η ηλεκτρική ενέργεια που προσδίδει η ηλεκτρική πηγή στο κύκλωμα ανά δευτερόλεπτο, σε καθεμία από τις δύο περιπτώσεις;
α) Σχεδίασε το κύκλωμα.
β) Ποια είναι η ένδειξη του αμπερόμετρου;
γ) Ποια είναι η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από τον αντιστάτη προς το περιβάλλον σε χρόνο δύο λεπτών;
δ) Πόση είναι η ηλεκτρική ενέργεια που προσδίδει η πηγή στο κύκλωμα στον ίδιο χρόνο;
ε) Αν αντικαταστήσουμε τον αντιστάτη με έναν άλλο που έχει τη μισή αντίσταση, σε πόσο χρόνο θα παραχθεί απ’ αυτόν η ίδια ποσότα θερμότητας;
στ) Πόση είναι η ηλεκτρική ενέργεια που προσδίδει η ηλεκτρική πηγή στο κύκλωμα ανά δευτερόλεπτο, σε καθεμία από τις δύο περιπτώσεις;
ΑΣΚΗΣΗ 4
Διαθέτεις έναν αντιστάτη αντίστασης R=12 Ω,μια ηλεκτρική πηγή σταθερής τάσης V=6 V,καλώδια σύνδεσης, διακόπτη και ένα θερμικά μονωμένο δοχείο που περιέχει νερό μάζας 0,1 kg αρχικής θερμοκρασίας 18 oC.
α) Να σχεδιάσεις τη σχηματική αναπαράσταση της διάταξης που θα χρησιμοποιήσεις για να θερμάνεις το νερό.
β) Να υπολογίσεις την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη.
γ) Σε πόσο χρόνο η θερμοκρασία του νερού θα μεταβληθεί από τους 15 oC στους 25 oC;
ΑΣΚΗΣΗ 5
Ηλεκτρικός θερμοσίφωνας (εικόνα 3.13,σελ. 70) περιέχει νερό μάζας 10 kg,έχει αντιστάτη αντίστασης 60 Ω,ενώ το ηλεκτρικό ρεύμα που τον διαρρέει έχει ένταση 4 Α.
α) Με βάση τα παραπάνω δεδομένα να υπολογίσεις την ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρεται στο θερμοσίφωνα σε χρόνο 2 min.
β) Αν γνωρίζεις ότι το 70% του ποσού της θερμότητας που μεταφέρεται από τον αντιστάτη στο περιβάλλον απορροφάται από το νερό του θερμοσίφωνα,να υπολογίσεις την αύξηση της θερμικής ενέργειας και της θερμοκρασίας του νερού στα 2 min.
ΑΣΚΗΣΗ 6
Στο κύκλωμα της διπλανής εικόνας οι δύο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις R1=20 Ω και R2=40 Ω αντίστοιχα.Μόλις κλείσουμε το διακόπτη,η ένδειξη του βολτόμετρου είναι 12 V.
ΑΣΚΗΣΗ 6
Στο κύκλωμα της διπλανής εικόνας οι δύο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις R1=20 Ω και R2=40 Ω αντίστοιχα.Μόλις κλείσουμε το διακόπτη,η ένδειξη του βολτόμετρου είναι 12 V.
β) Να υπολόγισεις την ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από κάθε αντιστάτη στο περιβάλλον σε δύο λεπτά.
γ) Να υπολόγισεις την ηλεκτρική ενέργεια που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα στον ίδιο χρόνο.
δ) Να υπολόγισεις την παραγόμενη θερμότητα ανά δευτερόλεπτο σε κάθε αντιστάτη.
ε) Να υπολόγισεις την ενέργεια που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα ανά δευτερόλεπτο.
Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος
ΑΣΚΗΣΗ 7
Μια μπαταρία συνδέεται με τα άκρα ενός κινητήρα,έτσι ώστε ο κινητήρας να περιστρέφεται.Με τη βοήθεια ενός αμπερόμετρου μετράμε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος του κυκλώματος. Με ένα βολτόμετρο μετράμε την τάση στους πόλους της μπαταρίας.
α) Να σχεδιάσεις το αντίστοιχο κύκλωμα.
β) Αν η ένδειξη του αμπερόμετρου παραμένει σταθερή και ίση με Ι=0,5 Α,να υπολογίσεις το ηλεκτρικό φορτίο που διέρχεται από την μπαταρία και από τον κινητήρα σε χρονικό διάστημα ενός λεπτού.
γ) Αν η ένδειξη του βολτόμετρου παραμένει σταθερή και είναι ίση με 6 V,να υπολογίσεις την ποσότητα της χημικής ενέργειας της μπαταρίας που μετατράπηκε σε ηλεκτρική στο ίδιο χρονικό διάστημα.
δ) Αν γνωρίζεις ότι σχεδόν όλη η ενέργεια που προσδίδει η μπαταρία στο κύκλωμα μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια στον κινητήρα, θα ήταν δυνατόν να χρησιμοποιήσουμε τον κινητήρα για να ανυψώσουμε μια πέτρα μάζας 1 kg σε ύψος 15 m;
(g=10 m/s2 )
(g=10 m/s2 )
ΑΣΚΗΣΗ 8
Συνδέουμε τους πόλους κινητήρα με ηλεκτρική πηγή σταθερής τάσης 12 V,οπότε η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τον διαρρέει είναι 2 Α.Ο κινητήρας αποδίδει σε ένα λεπτό μηχανική ενέργεια 1.000 J.
α) Να υπολογίσεις την ηλεκτρική ισχύ που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα στον κινητήρα.
β) Να υπολογίσεις την ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα στον κινητήρα σε χρόνο ενός λεπτού.
γ) Να υπολογίσεις την ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από τον κινητήρα στο περιβάλλον στον ίδιο χρόνο.
δ) Να υπολόγισεις την απόδοση του κινητήρα.
ΑΣΚΗΣΗ 9
Σε κινητήρα που λειτουργεί υπό τάση 120 V μπορεί να μεταφερθεί ηλεκτρική ισχύς 600 W,σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή του.Τότε το 80% της ηλεκτρικής ισχύος μετατρέπεται από τον κινητήρα σε μηχανική ισχύ.Όταν ο κινητήρας λειτουργεί κάτω από αυτές τις συνθήκες,να υπολόγισεις:
α) Την ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρεται στον κινητήρα όταν λειτουργεί επί δέκα λεπτά.
β) Την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τον διαρρέει.
γ) Τη μηχανική ισχύ που αποδίδει.
δ) Τη μηχανική ενέργεια που αποδίδει σε δέκα λεπτά λειτουργίας.
ε) Το μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας κάθε δευτερόλεπτο.
στ) Το μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που μετατρέπεται σε θερμότητα και μεταφέρεται στο περιβάλλον σε δέκα λεπτά λειτουργίας.
ΑΣΚΗΣΗ 10
Η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς που μπορεί να μεταφερθεί σ’ έναν αντιστάτη αντίστασης 100 Ω,χωρίς να καεί,είναι 4 W.
α) Να υπολογίσεις τη μέγιστη τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος που μπορεί να τον διαρρέει.
β) Να υπολογίσεις τη μέγιστη τιμή της ηλεκτρικής τάσης που μπορούμε να εφαρμόσουμε στα άκρα του.Ποια είναι τότε η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από τον αντιστάτη στο περιβάλλον του σε χρόνο δύο λεπτών;
γ) Αν εφαρμόσουμε στα άκρα του τάση 10 V,πόση είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τον διαρρέει;Πόση ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται απ’ αυτόν σε θερμότητα ανά δευτερόλεπτο;Πόση θερμότητα μεταφέρεται από τον αντιστάτη στο περιβάλλον σε χρόνο δύο λεπτών;Σύγκρινε την τιμή αυτή με την αντίστοιχη του ερωτήματος (β).
ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
ΑΣΚΗΣΗ 1
ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
ΑΣΚΗΣΗ 1
Στα άκρα ενός αντιστάτη με αντίσταση R=60 Ω εφαρμόζεται τάση V=120 V.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) την ισχύ που «καταναλώνει» ο λαμπτήρας,
β) την ενέργεια που αποδίδει στο περιβάλλον ο λαμπτήρας σε χρόνο t=10 min.
ΑΣΚΗΣΗ 2
Στα άκρα ενός αντιστάτη με αντίσταση R=40 Ω εφαρμόζεται τάση V=120 V.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη,
β) την ισχύ που «καταναλώνει» ο αντιστάτης,
γ) την ενέργεια που «καταναλώνει» ο αντιστάτης σε χρόνο t=10 h.
ΑΣΚΗΣΗ 3
Μία ηλεκτρική συσκευή, που ικανοποιεί το νόμο του ohm,έχει αντίσταση R=200 Ω και διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα έντασης Ι=2 Α.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) τη διαφορά δυναμικού στα άκρα της συσκευής,
β) την ισχύ που «καταναλώνει» η συσκευή,
γ) την ενέργεια που «καταναλώνει» η συσκευή σε χρόνο t=15 min,
δ) τα χρήματα που θα πληρώσουμε,εάν η συσκευή λειτουργεί επί 24 ώρες και μία κιλοβατώρα κοστίζει 0,4 €.
ΑΣΚΗΣΗ 4
Το κόστος λειτουργίας μίας ηλεκτρικής συσκευής ισχύος Ρ=2 kW,όταν αυτή λειτουργεί για χρονικό διάστημα t,είναι 60 €.Γνωρίζουμε ότι μία κιλοβατώρα κοστίζει 0,6 €.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) την ενέργεια σε κιλοβατώρες που καταναλώνει η ηλεκτρική συσκευή στο χρονικό διάστημα t,
β) το χρονικό διάστημα t.
ΑΣΚΗΣΗ 5
Μία ηλεκτρική συσκευή ισχύος P=200 W καταναλώνει ενέργεια E=40 kWh σε χρονικό διάστημα t.Το κόστος λειτουργίας της συσκευής για το ίδιο χρονικό διάστημα είναι 20 €.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) το χρονικό διάστημα t,
β) πόσο κοστίζει μία κιλοβατώρα.
ΑΣΚΗΣΗ 6
Δύο ηλεκτρικοί λαμπτήρες έχουν τις ενδείξεις (55 W,220 V) και (110 W,220 V) αντίστοιχα.
Να υπολογίσετε:
Να υπολογίσετε:
α) την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον κάθε λαμπτήρα,όταν οι λαμπτήρες φωτοβολούν κανονικά,
β) την αντίσταση του κάθε λαμπτήρα.
ΑΣΚΗΣΗ 7
Με δεδομένο ότι μία κιλοβατώρα κοστίζει 0,4 €,πόσα χρήματα θα πληρώσουμε στην ΔΕΗ,όταν:
α) ένα ηλεκτρικό ψυγείο ισχύος Ρ=2 kW λειτουργεί για δέκα ώρες,
β) ένας λαμπτήρας ισχύος Ρ=100 W λειτουργεί για είκοσι μέρες.
ΑΣΚΗΣΗ 8
Σε μία ηλεκτρική συσκευή αναγράφονται από τον κατασκευαστή (200 W,100 V). Να υπολογίσετε:
α) την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που πρέπει να διαρρέει τη συσκευή για να λειτουργεί κανονικά,
β) την αντίσταση R1 ενός αντιστάτη που πρέπει να συνδέσουμε σε σειρά με τη συσκευή ώστε να λειτουργεί κανονικά σε δίκτυο τάσης V=220 V.
ΑΣΚΗΣΗ 9
Σε δύο ηλεκτρικές συσκευές Σ1 και Σ2 αναγράφονται οι ενδείξεις (40 W,100 V) και(75 W,150 V) αντίστοιχα.
α) Να υπολογίσετε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που πρέπει να διαρρέει κάθε ηλεκτρική συσκευή για να λειτουργεί κανονικά.
β) Οι δύο συσκευές συνδέονται σε σειρά και το σύστημα τροφοδοτείται από δίκτυο με τάση V=220 V.
Ποια από τις δύο συσκευές λειτουργεί κανονικά και πόση ενέργεια προσφέρει στο περιβάλλον σε χρόνο δύο ωρών;
Ποια από τις δύο συσκευές λειτουργεί κανονικά και πόση ενέργεια προσφέρει στο περιβάλλον σε χρόνο δύο ωρών;
ΑΣΚΗΣΗ 10
Σε ένα σπίτι λειτουργούν μία ηλεκτρική σόμπα ισχύος Ρ1=1 kW,ένα ψυγείο ισχύος P2=1,5 kW και 19 λαμπτήρες που ο καθένας έχει ισχύ Ρ3=100 W.Εάν λειτουργούν ταυτόχρονα όλες οι συσκευές και η τάση του δικτύου είναι V=220 V,να βρείτε:
α) την ολική ηλεκτρική ισχύ που παρέχει η ηλεκτρική πηγή σε όλες τις συσκευές,
β) την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει κάθε συσκευή,
γ) τι ασφάλεια πρέπει να έχει η οικιακή εγκατάσταση,αν στο εμπόριο υπάρχουν ασφάλειες 18Α,21 Α και 25 Α.
