Видеоучебник / Физика / Видеоуроки. Решение задач по физике. Электродинамика. / Работа и мощность электрического тока

Работа и мощность электрического тока

Урок 11. Видеоуроки. Решение задач по физике. Электродинамика.

Разумеется, электрический ток используется практически везде. Поэтому, необходимо знать о таких величинах, как работа и мощность тока. Именно на эту тему мы и будем решать задачи на данном занятии.

Конспект урока "Работа и мощность электрического тока"

«Все уроки, как люди, похожи и разны,

если к ним приглядеться с различных сторон:

ведь бывают уроки, как радостный праздник,

а бывают они, как мучительный сон»

Данная тема посвящена решению задач на работу и мощность электрического тока.

Задача 1. В комнатной люстре к сети подключены три лампочки: две последовательно, а одна параллельно им. Все лампочки имеют мощность 60 Вт. Предполагая, что напряжение городской сети равно 220 В, найдите ток в каждой из лампочек. Все лампочки имеют одинаковое сопротивление.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Мощность электрического тока определяется по формуле

При параллельном соединении

Используя формулу для мощности, найдём выражение для сопротивления третьей лампочки

Запишем закон Ома для участка цепи

Исходя из правил параллельного соединения, можно заключить, что напряжение на обоих участках с лампочками равны. Используя закон Ома для участка цепи, преобразуем данное выражение. Из этого можно заключить, что соотношение токов в ответвлениях обратно пропорционально соотношению сопротивлений этих ответвлений

При последовательном соединении

Ток в первой лампочке равен току во второй лампочке. Общее сопротивление этих двух лампочек равно сумме сопротивлений каждой из лампочек. Тогда

При параллельном соединении

Тогда общее сопротивление всех трёх лампочек равно

Запишем закон Ома для участка цепи

При параллельном соединении

Ответ: I₁ = I₂ = 3/22 А; I₃ = 3/11 А.

Задача 2. Кипятильник нагревает 3 л воды от 25 до 90ºС за 15 мин. Предполагая, что кипятильник работает от сети под напряжением 220 В и что его коэффициент полезного действия составляет 60 %, найдите ток в кипятильнике.

ДАНО:

СИ

РЕШЕНИЕ

Коэффициент полезного действия – это отношение полезной работы к затраченной работе

Полезная работа идёт на нагревание воды. Количество теплоты, требуемое на нагревание вещества равно

Затраченная работа – это работа электрического тока, за счёт которой происходит нагревание.

Подставим выражения для полезной и затраченной работы в формулу, по которой вычисляется КПД

Ответ: 8,75 А.

Задача 3. Троллейбус массой 10 т едет со скоростью 54 км/ч. При этом, ток в обмотке двигателя равен 50 А, а двигатель работает под напряжением 600 В. Если КПД двигателя равен 70%, найдите коэффициент сопротивления движению троллейбуса.

ДАНО:

СИ

РЕШЕНИЕ

Запишем второй закон Ньютона

Поскольку скорость троллейбуса остаётся постоянной, то его ускорение равно нулю

В проекциях на оси координат

Сила сопротивления равна произведению коэффициента сопротивления и реакции опоры

КПД – это отношение полезной работы к затраченной работе

Полезная работа – это работа силы тяги, а затраченная работа – это работа электрического тока

Работа силы тяги равна

Работа электрического тока

С учётом последних формул КПД равен

Тогда коэффициент сопротивления

Ответ: 0,014.

Задача 4. Найдите внутреннее сопротивление и ЭДС источника, если при силе тока 20 А мощность во внешней цепи равна 250 Вт, а при коротком замыкании сила тока в цепи равна 60 А.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Запишем закон Ома для полной цепи

Мощность электрического тока определяется по формуле

Подставив последнюю формулу в закон Ома для полной цепи получаем

Ток короткого замыкания

Приравняем выражения для определения ЭДС

Тогда внутреннее сопротивление равно

ЭДС источника

Задача 5. От генератора с ЭДС 300 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом протягивают кабель длиной 100 м к потребителю. Известно, что потребитель рассчитан на напряжение 220 В и имеет мощность 11 кВт. Если провод планируют изготовить из алюминия, то какая масса алюминия пойдёт на изготовление?

ДАНО: