asyan.org
добавить свой файл
1
10. Робота та потужність електричного струму



1-й рівень складності

  1. В якому випадку робота, яку виконує на ділянці кола
    електричний струм певної сили, зростатиме: а) якщо
    зменшувати напругу на ділянці кола; б) якщо збільшу­
    вати напругу?

  2. За незмінної напруги на ділянці кола було зменшено її
    опір. Зросла чи зменшилася робота, яку виконує струм
    за певний час?

  3. Як буде змінюватися споживана лампою електроенер­
    гія, якщо повзунок реостата перемістити угору; униз?



10;. 4. Спіраль електроплитки дуже сильно нагрівається під час проходження по ній електричного струму. Чому ж дроти, якими електроплитка підключена до джерела струму, нагріваються значно менше?

10.5. Чому у квартирних лічильниках електричної енергії вмонтовано запобіжники, які не дозволяють зростати силі струму через лічильник вище від певної границі?

10.6.:; Чому зростання споживання електроенергії електрични­ми приладами у квартирі вище від певної границі може призвести до розплавлення ізоляції на з'єднувальних проводах і, як наслідок, до пожежі?

  1. Чому для плавких запобіжників не використовують за­
    лізний дріт замість свинцевого?

  2. Чому у плавкому запобіжнику використовують дріт на­
    багато тонший, ніж у проводах, що з'єднують джерело
    струму та споживачів електроенергії?

  3. Ялинкова гірлянда складається з певної кількості одна­
    кових лампочок, які з'єднані послідовно. Як зміниться
    потужність, що споживається гірляндою, якщо до неї
    послідовно додати ще декілька лампочок?

10.10.: Як зміниться потужність електричного струму, що спо­живає спіраль електроплитки, якщо після ремонту спі­раль трохи скоротили?

  1. Скільки енергії споживає електрична плитка щосекун­
    ди за напруги 220 В, якщо сила струму в її спіралі ста­
    новить 6 А?

  2. Яку роботу щосекунди виконує двигун електродриля,
    якщо за напруги 220 В сила струму дорівнює 4 А?

  3. Яку роботу виконує струм в електродвигуні підйомни­
    ка за 20 с, якщо за напруги 380 В сила струму у дви­
    гуні дорівнює 25 А?

10.14.; Скільки енергії споживає електричний чайник за 5 хв, якщо сила струму в ньому 1,5 А? Чайник підключено до мережі напругою 220 В.

  1. Опір електричного чайника 22 Ом. Напруга, за якої він
    працює, 220 В. Визначте потужність струму, яку спо­
    живає чайник.

  2. Яку потужність споживає лампа розжарення, нитка
    якої в робочому стані має опір 6 Ом? Лампа працює
    від акумулятора напругою 12 В.

  3. На цоколі лампи розжарення написано: «48 В, 96 Вт».
    Яка сила струму повинна протікати через нитку розжа­
    рення лампи, щоб вона працювала за номінальної по­
    тужності?

10.18.: Яку потужність має електричний струм в автомобіль­ній лампі, якщо напруга в бортовій мережі автомобіля 14,4 В, а сила струму через лампу досягає 7,5 А?

  1. Опір електричного нагрівника становить 11 Ом. До мере­
    жі якої напруги потрібно підключити нагрівник, щоб по­
    тужність електричного струму в ньому була 4,4 кВт?

  2. Електричний паяльник, який розрахований на потуж­
    ність 80 Вт, у робочому стані має опір 605 Ом. При під­
    ключенні до джерела струму якої напруги паяльник ма­
    тиме номінальну потужність?

3-й рівень складності

  1. У якому випадку під час свердлення отворів за допомо­
    гою електродриля витрати електроенергії стають біль­
    шими: якщо використовується заточене або затуплене
    свердло? Відповідь обґрунтуйте.

  2. Два однакових тролейбуси рухаються однаковий час
    по горизонтальній дорозі. Швидкість першого більша
    за швидкість другого. Який із тролейбусів витратить
    більше електроенергії? Залежністю сили опору руху від
    швидкості знехтуйте.

10.38. Потяг метрополітену живиться від мережі напругою
825 В. Якою є сила струму в обмотках електродвигу­
нів потягу, якщо швидкість його руху 54 км/год? Маса
потяга 22 т, коефіцієнт опору руху 0,06. Вважайте, що
g = 10 м/с2.

  1. З якою швидкістю рухається тролейбус, якщо сила
    струму в обмотках його двигуна становить 400 А, на­
    пруга контактної мережі 550 В? Маса тролейбуса 11 т,
    коефіцієнт опору руху 0,1.

  2. Яку роботу виконує двигун електричного міксера за
    2 хв, якщо за напруги 220 В сила струму в обмотці дви­
    гуна дорівнює 0,5 А? ККД двигуна становить 76 %.




  1. Двигун кондіционера споживає силу струму 5. А від ме­
    режі напругою 220 В. Яку роботу виконує двигун за
    10 хв, якщо його ККД дорівнює 90 %?

  2. Двигун ліфта працює від мережі 220 В. Його ККД ста­
    новить 80 %. Яку силу струму споживає двигун ліфта
    за умови рівномірного підйому кабіни масою 500 кг зі
    швидкістю 2 м/с? Вважайте, що g = 10 м/с2.

10.43. Напруга мережі, від якої працює електродвигун під­
йомного крану, дорівнює 380 В. Двигун споживає
силу струму 39,5 А. Визначте ККД підйомного кра­
ну, якщо елемент будівельної конструкції масою 2 т
кран піднімає на висоту 25 м за 44,4 с. Вважайте, що
g .= 10 м/с2.

10.44. В електричному чайнику за 10 хв можна нагріти 0,2 л води на 10 °С. Скільки води можна нагріти на ті самі

10 °С за ті самі 10 хв у цьому чайнику, якщо збільши­ти напругу в мережі удвічі? Залежність опору нагріва-ча чайнику від температури не враховуйте. Тепловими втратами знехтуйте.

  1. В електричному чайнику за 10 хв можна нагріти 1 л
    води на 10 °С. Скільки води можна нагріти на ті самі
    10 °С за ті самі 10 хв у двох таких же електричних чай­
    никах, які ввімкнено до мережі послідовно? Залежність
    опору нагрівачів чайників від температури не враховуй­
    те, напруга в мережі в першому й у другому випадках
    однакова. Тепловими втратами знехтуйте.

  2. Визначте довжину ніхромового дроту з площею перері­
    зу 0,25 мм2, з якого виготовлено нагрівник електрич­
    ного чайника. Чайник живиться від мережі напругою
    220 В і нагріває 1,5 л води від 25 °С до 100 °С за 5 хв.
    ККД чайника складає 50 % .

10.47.?: Яку масу води можна нагріти від 25 °С до 75 °С за 2 хв 40 с електричним нагрівачем, ККД якого становить 75 %? Нагрівач виготовлено з 11 м нікелінового дроту

3 площею перерізу 0,5 мм2, живиться нагрівач від ме­
режі 220 В.

Задачі для допитливих

  1. У вашому розпорядженні є достатня кількість елек­
    тричних лампочок, на цоколі яких написано «36 В,
    72 Вт». Скільки потрібно взяти лампочок і як їх по­
    трібно з'єднати, щоби при підключенні до джерела жив­
    лення 120 В дротами із опором 2 Ом отримати на лам­
    почках максимальну загальну потужність струму?

  2. Електрична плитка має дві спіралі і перемикач, який
    може залишати увімкнутою або тільки одну спіраль, або
    з'єднувати їх послідовно чи паралельно. Якщо увімкну­
    та перша спіраль, то повна каструля з водою закипає за

4 хв, якщо увімкнута друга спіраль — повна каструля
закипає за 12 хв. За скільки хвилин закипить повна ка­
струля з водою, якщо будуть увімкнуті дві спіралі?

10.50.:: Визначте час, за який розплавиться запобіжник, виго­товлений зі свинцевого дроту діаметром 0,2 мм, якщо





2-й рівень складності

  1. За напруги 37,5 В за 4 хв електричний двигун виконує
    роботу 900 Дж. Визначте силу струму, який тече через
    двигун.

  2. Для виконання роботи 14,4 кДж електродвигун насо­
    са працював 2 хв. Яка сила струму протікала по про­
    водах, якими насос був підключений до джерела стру­
    му, якщо напруга джерела становить 12 В?




  1. Яким є питомий опір матеріалу, з якого виготовлена
    спіраль нагрівального елемента потужністю 2200 Вт?
    Довжина спіралі 11м, поперечний переріз — 0,21 мм2,
    напруга в мережі 220 В.

  2. Яким є питомий опір матеріалу, з якого виготовлена
    спіраль нагрівального елемента потужністю 1100 Вт?
    Довжина спіралі 24 м, поперечний переріз — 0,12 мм2,
    сила струму в спіралі 5 А.




  1. Резистори 50 і 10 Ом з'єднали послідовно й підключи­
    ли до джерела струму. Чи однакові потужності струму
    в резисторах? Якщо ні, то в якому більша? У скільки
    разів?

  2. Резистори 400 і 800 Ом з'єднали паралельно і підклю­
    чили до джерела струму. Чи однакові потужності стру­
    му в резисторах? Якщо ні, то у якому більша? У скіль­
    ки разів?

10.27. До джерела струму з напругою 4,5 В підключили три
однакових резистори по 1 Ом кожний (див. рисунок).
Визначте загальні потужності, які споживають резис­
тори в кожному варіанті з'єднання.


  1. Невеликий дизель-генератор потужністю 40 кВт живить
    електричною енергією поселення полярників. Скільки
    200 Вт лампочок можна використати для освітлення по­
    селення, якщо на потреби освітлення можна викорис­
    товувати не більше 12 % електроенергії, що видає ге­
    нератор?

  2. У цеху одночасно працює 15 верстатів, електрична по­
    тужність кожного з яких становить 3 кВт. Яку потуж­
    ність споживає цех взагалі, якщо, крім живлення вер­
    статів, електроенергія витрачається ще на освітлення?
    На освітлення витрачається 10 % електроенергії, що
    споживається в цеху.

!0.:31 Послідовно одна до одної до мережі 200 В було підклю­чено дві лампочки, на цоколі яких написано: «220 В, 120 Вт» і «220 В, 60 Вт». Яка з цих лампочок буде сві­тити яскравіше? Відповідь обґрунтуйте.

10.32. Визначте напругу на кожній лампочці (см. умову попе­редньої задачі).



1 0.33. До джерелі» струму підключили ділянку кола, яка скла­дається з трьох однакових електричних лампочок (див. рисунок). Порівняйте накал лампочок. Відповідь об­ґрунтуйте.

  1. До джерела струму підключили ділянку кола, яка скла­
    дається з трьох однакових електричних лампочок (див.
    рисунок). Порівняйте накал лампочок. Відповідь об­
    ґрунтуйте.

  2. У люстру було вставлено дві лампочки 60 Вт і 120 Вт,
    які розраховані на напругу 220 В. По якій з лампочок
    тече більший струм під час роботи люстри? У скільки
    разів більший?

3-й рівень складності

  1. У якому випадку під час свердлення отворів за допомо­
    гою електродриля витрати електроенергії стають біль­
    шими: якщо використовується заточене або затуплене
    свердло? Відповідь обґрунтуйте.

  2. Два однакових тролейбуси рухаються однаковий час
    по горизонтальній дорозі. Швидкість першого більша
    за швидкість другого. Який із тролейбусів витратить
    більше електроенергії? Залежністю сили опору руху від
    швидкості знехтуйте.

10.38. Потяг метрополітену живиться від мережі напругою 825 В. Якою є сила струму в обмотках електродвигу­нів потягу, якщо швидкість його руху 54 км/год? Маса потяга 22 т, коефіцієнт опору руху 0,06. Вважайте, що g = 10 м/с2.

10.39.; З якою швидкістю рухається тролейбус, якщо сила струму в обмотках його двигуна становить 400 А, на­пруга контактної мережі 550 В? Маса тролейбуса 11т, коефіцієнт опору руху 0,1.

  1. Яку роботу виконує двигун електричного міксера за |
    2 хв, якщо за напруги 220 В сила струму в обмотці дви­
    гуна дорівнює 0,5 А? ККД двигуна становить 76 %.

  2. Двигун кондіционера споживає силу струму 5. А від ме- І
    режі напругою 220 В. Яку роботу виконує двигун за |
    10 хв, якщо його ККД дорівнює 90 %?

10.42. Двигун ліфта працює від мережі 220 В. Його ККД ста­
новить 80 %. Яку силу струму споживає двигун ліфта І
за умови рівномірного підйому кабіни масою 500 кг зі J
швидкістю 2 м/с? Вважайте, що g = 10 м/с2.

10.43.; Напруга мережі, від якої працює електродвигун під­йомного крану, дорівнює 380 В. Двигун споживає силу струму 39,5 А. Визначте ККД підйомного кра­ну, якщо елемент будівельної конструкції масою 2 т кран піднімає на висоту 25 м за 44,4 с. Вважайте, що g = 10 м/с2.

10.44. В електричному чайнику за 1.0 хв можна нагріти 0,2 л води на 10 °С. Скільки води можна нагріти на ті самі

10 °С за ті самі 10 хв у цьому чайнику, якщо збільши­ти напругу в мережі удвічі? Залежність опору нагріва-ча чайнику від температури не враховуйте. Тепловими втратами знехтуйте.

10.45. В електричному чайнику за 10 хв можна нагріти 1 л води на 10 °С. Скільки води можна нагріти на ті самі 10 °С за ті самі 10 хв у двох таких же електричних чай­никах, які ввімкнено до мережі послідовно? Залежність опору нагрівачів чайників від температури не враховуй­те, напруга в мережі в першому й у другому випадках однакова. Тепловими втратами знехтуйте.

10 <*?>. Визначте довжину ніхромового дроту з площею перері­зу 0,25 мм2, з якого виготовлено нагрівник електрич­ного чайника. Чайник живиться від мережі напругою 220 В і нагріває 1,5 л води від 25 °С до 100 °С за 5 хв. ККД чайника складає 50 % .

10.47. Яку масу води можна нагріти від 25 °С до 75 °С за 2 хв
40 с електричним нагрівачем, ККД якого становить
75 %? Нагрівач виготовлено з 11 м нікелінового дроту

3 площею перерізу 0,5 мм2, живиться нагрівач від ме­
режі 220 В.

Задачі для допитливих

  1. У вашому розпорядженні є достатня кількість елек­
    тричних лампочок, на цоколі яких написано «36 В,
    72 Вт». Скільки потрібно взяти лампочок і як їх по­
    трібно з'єднати, щоби при підключенні до джерела жив­
    лення 120 В дротами із опором 2 Ом отримати на лам­
    почках максимальну загальну потужність струму?

  2. Електрична плитка має дві спіралі і перемикач, який
    може залишати увімкнутою або тільки одну спіраль, або
    з'єднувати їх послідовно чи паралельно. Якщо увімкну­
    та перша спіраль, то повна каструля з водою закипає за

4 хв, якщо увімкнута друга спіраль — повна каструля
закипає за 12 хв. За скільки хвилин закипить повна ка­
струля з водою, якщо будуть увімкнуті дві спіралі?

10.50. Визначте час, за який розплавиться запобіжник, виго­
товлений зі свинцевого дроту діаметром 0,2 мм, якщо




максимальний струм, на який розрахований запобіжник, становить 10 А. Вважайте, що на нагрівання та плавлен­ня запобіжника витрачається все тепло, що виділяється під час протікання струму. Початкова температура запо­біжника становить 27 °С.

11. Електричний струм у різних середовищах

1-й рівень складності

  1. Які частинки є вільними носіями заряду в металах?

  2. Як рухаються вільні носії заряду в металах за відсут­
    ності електричного поля?

  3. Як залежить електричний опір металевого провідника
    від його температури?

І 1.4. Що є вільними носіями зарядів у розчинах електролі­тів (солей, кислот і лугів)?

  1. Як змінюється кількість вільних носіїв зарядів в елек­
    тролітах при зростанні температури?

  2. Електроліз у розчині з сіллю нікелю тривав протягом
    40 хв. Яка маса нікелю виділилася на катоді, якщо
    сила струму, за якого проходив електроліз, весь час
    була 1,5 А?

  3. Скільки срібла осіло на катоді електролізної установки,
    якщо процес електролізу тривав 10 хв, а сила струму
    складала 25 А?

  4. Через електролітичну ванну з розчином хлориду міді
    (CuCl) пройшов заряд 600 Кл. Скільки чистої міді було
    отримано під час електролізу?

11.9.і Яка маса заліза виділилася під час електролізу на ка­тоді електролітичної ванни з розчином хлориду за­ліза (FeCl.j) під час проходження через ванну заряду 800 Кл?

  1. Наведіть приклади джерел світла, у яких використову­
    ється розряд у газі?

  2. Прикладом якого газового розряду є блискавка?

/

11.12. Як називається газовий розряд, завдяки якому у висо­
ковольтних електричних мережах зазнають втрат елек­
троенергії?

11 13. Який газовий розряд використовують як дуже потуж­не джерело тепла та світла?

11.14. Як називається газовий розряд, що використовується в неоновій рекламі?

і 1.15. Яку провідність має чистий германій?

11.16л Що буде основним носієм вільних зарядів у кремнієво­му кристалі після внесення туди донорної домішки?

11.17. Якого типу провідності набуває чистий кремній, коли в нього вносять акцепторні домішки?

2-й рівень складності

  1. Чи є всередині металів електричне поле, коли по них
    йде електричний струм?

  2. Відомо, що електричний струм — впорядкований рух
    заряджених частинок. Чи означає це, що під час про­
    тікання електричного струму у металах електрони пе­
    рестали брати участь у хаотичному русі?

  3. Метали й водяні розчини електролітів є провідника­
    ми електричного струму. Вкажіть відмінності у русі
    вільних носіїв зарядів під час протікання електрично­
    го струму через металевий провідник та розчин елек­
    троліту?

  4. Як залежить опір електролітичної ванни від темпера­
    тури?

  5. За якої сили струму проводився електроліз водяного
    розчину мідного купоросу, якщо за 15 хв на катоді ви­
    ділилося 2 г міді?




  1. За 20 хв електролізу водного розчину цинкової сілі на
    катоді електролітичної ванни виділилося 4 г цинку. За
    якої сили струму проходив електроліз?

  2. За який час на катоді електролітичної ванни виділить­
    ся 40 г хрому, якщо електроліз проходить за сили стру­
    му 25 А?

  3. Маса катода, який був під час електролізу занурений
    в електролітичну ванну з розчином хлориду заліза
    (FeCl3), збільшилася з 48 г до 51 г. Скільки часу тривав
    електроліз, якщо сила струму весь час була 2,5 А?

  4. Під час проведення лабораторної роботи з визначен­
    ня електрохімічного еквівалента міді учень протягом
    18 хв пропускав електричний струм 10 А через розчин
    мідного купоросу. За час досліду маса катода збільши­
    лася від 40 г до 43,2 г. Яке значення електрохімічного
    еквівалента отримав учень?

11.27. У процесі електролізу з водяного розчину хлориду за­
ліза (FeClj) виділилося 560 мг заліза. Який заряд про­
йшов через електролітичну ванну?

11.28л Який заряд пройшов через електролітичну ванну з роз­чином йодиду срібла, якщо на катоді виділилося 20 г металу?

  1. До зарядженого електроскопа піднесли запаленого сірни­
    ка. Як поводитиметься стрілка електроскопа? Чому?

  2. Як вплине на коронний газовий розряд опромінення
    рентгенівськими променями повітря поблизу джерела
    розряду? Відповідь поясніть.

11,31.1 Чому заряджений електроскоп дуже швидко розря­джається, якщо поряд з ним працює рентгенівська трубка?

  1. Чому під час виробництва напівпровідникових матері­
    алів для електронної промисловості вживають безпре­
    цедентних засобів забезпечення хімічної чистоти?

  1. Яку провідність має германій з домішками індію?

  1. Що буде основним носієм вільних зарядів в кремнієво­
    му кристалі після внесення туди сурми як домішки?

  2. Яку провідність матиме кристал германію, якщо в ньо­
    го внести як домішку невелику кількість миш'яку?

3-й рівень складності

11.36. Порівняйте температури трьох залізних провідників од­
накових розмірів, вольт-амперні характеристики яких
зображені на рисунку.



11.37. Як правило, під час проведення електролізу, особливо в разі великих струмів, сила струму з часом зростає. Чому? Вважайте, що хімічний склад електроліту під час електролізу не змінювався.








  1. 11.38. На рисунку зображені три електролітичні ванни. В якій ванні на катоді виділиться найбільша кількість міді?

    Для приготування розчинів електроліту в однакових
    об'ємах води розчинили різну кількість хлориду залі­
    за. Цими розчинами заповнили однакові електролітич­
    ні ванни і з'єднали їх між собою. В якій ванні виділи­
    лося більше заліза під час електролізу? Чи залежить
    відповідь від того, як були з'єднані ванни? Температу­
    ри ванн однакові.

  2. Металеву деталь покривають шаром нікелю за допо­
    могою електролізу протягом 5 год. Сила струму весь
    час електролізу становить 0,5 А, площа поверхні дета­
    лі складає 200 см2. Якої товщини осів на поверхні де­
    талі шар нікелю?

11.41.1 За допомогою електролізу деталь покривають шаром хрому. Визначте товщину цього шару, якщо електроліз продовжується 2 год. Площа поверхні деталі 500 см2, сила струму через електролітичну ванну 10 А.

  1. Визначте час, який потрібен для покриття сталевої де­
    талі площею поверхні 400 см2 шаром хрому завтовшки
    36 мкм. Електроліз проходить за сили струму 16 А.

  2. Скільки часу потрібно для нікелювання металевого ви­
    робу площею поверхні 120 см2, якщо товщина покрит­
    тя повинна бути 0,03 мм? Сила струму під час електро­
    лізу дорівнює 0,5 А.

  3. Під час електролізу виділилося 128 г міді (Си2+). Ви­
    значте витрачену енергію, якщо напруга на електролі­
    тичній ванні становила 5 В.

  4. Обчисліть витрачену електроенергію на рафінування
    2 т міді (Си2'), якщо напруга на електролітичній ванні
    становила 1,2 В.




  1. Скільки на алюмінієвому заводі витрачається електрое­
    нергії на отримання кожної тонни алюмінію? Електро­
    ліз ведеться за напруги 850 В, а ККД установки 80 %.

  2. Визначте заряд (у 10а Кл), який потрібно пропустити
    через водний розчин кислоти, щоб отримати кількість
    водню, якою можна було б заповнити аеростат об'ємом
    520 м3. Густина водню 0,09 кг/м3.

  3. У сучасній електроніці практично повністю перейшли
    на використання кристалічної сполуки — арсеніду га­
    лію як напівпровідникового матеріалу. Яку провід­
    ність має кристал арсеніду галію, якщо кількість ато­
    мів миш'яку та галію в ньому однакові? Як потрібно
    змінити кількість атомів цих речовин, щоб отримати
    напівпровідник р-типу? n-типу?

Задачі для допитливих

  1. Набір металевих ложок вкривають шаром срібла в елек­
    тролітичній ванні. З якою швидкістю зростає шар? Під
    час електролізу по проводах, що з'єднують ванну з дже­
    релом струму, тече струм 20 А, площа поверхні, яка по­
    кривається сріблом, — 200 см2.

  2. Аеростат заповнюють воднем, який виділяється під
    час проходження електричного струму через слабкий
    розчин кислоти. Який заряд потрібно пропустити че­
    рез розчин кислоти, щоб одержати стільки водню, аби
    його було достатньо для здійснення польоту на аеро­
    статі? Маса гондоли та оболонки аеростата 240 кг. Гус­
    тина водню 0,09 кг/м3, густина повітря 1,29 кг/м3.