Экспериментальное задание, страница 155 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальное задание

По маркировкам осветительных ламп и паспортам бытовых приборов рассчитайте среднее значение электроэнергии, потребляемой вашей семьей за месяц. Сравните расходы энергии для работы каждого прибора. Определите стоимость и сравните с произведенной оплатой за последние месяцы. Проанализируйте, как ваша семья может уменьшить расходы электроэнергии.

Это экспериментальное задание, которое требует сбора данных о бытовых приборах в вашем доме. Поскольку у меня нет доступа к этим данным, я приведу пример расчёта для гипотетической семьи из трех человек, чтобы продемонстрировать методику выполнения. Вы можете подставить свои собственные данные, чтобы получить точный результат для вашей семьи.

Расчет среднего значения электроэнергии, потребляемой за месяц

Для начала необходимо составить список всех электроприборов в доме, узнать их мощность (обычно указывается в ваттах, Вт или W, на самом приборе или в его паспорте) и оценить среднее время их работы в течение месяца.

Дано:

Список приборов, их мощность и среднее время работы в месяц (30 дней):
1. Холодильник (класс A+): годовое потребление 300 кВт·ч, значит месячное $W_{хол} \approx 300 / 12 = 25$ кВт·ч.
2. Телевизор: $P_{ТВ} = 120$ Вт, работает 4 часа в день.
3. Компьютер с монитором: $P_{ПК} = 250$ Вт, работает 5 часов в день.
4. Стиральная машина: $P_{СМ} = 2000$ Вт, используется 2 раза в неделю по 1,5 часа.
5. Электрический чайник: $P_{чайник} = 2200$ Вт, используется 15 минут (0,25 часа) в день.
6. Микроволновая печь: $P_{СВЧ} = 800$ Вт, используется 20 минут (1/3 часа) в день.
7. Освещение (10 светодиодных ламп): средняя мощность одной лампы $P_{лампа} = 10$ Вт, общее время горения всех ламп в среднем 5 часов в день.
8. Wi-Fi роутер: $P_{роутер} = 10$ Вт, работает круглосуточно.
Тариф на электроэнергию: 5,40 руб. за 1 кВт·ч.

Перевод в единицы для расчетов (мощность в кВт, время в часах):
$P_{ТВ} = 120 \text{ Вт} = 0,12 \text{ кВт}$
$P_{ПК} = 250 \text{ Вт} = 0,25 \text{ кВт}$
$P_{СМ} = 2000 \text{ Вт} = 2,0 \text{ кВт}$
$P_{чайник} = 2200 \text{ Вт} = 2,2 \text{ кВт}$
$P_{СВЧ} = 800 \text{ Вт} = 0,8 \text{ кВт}$
$P_{освещение} = 10 \text{ ламп} \cdot 10 \text{ Вт/лампа} = 100 \text{ Вт} = 0,1 \text{ кВт}$
$P_{роутер} = 10 \text{ Вт} = 0,01 \text{ кВт}$

Найти:

Среднее общее потребление электроэнергии за месяц $W_{общ}$ и его стоимость $C_{общ}$.

Решение:

Рассчитаем потребление энергии $W$ для каждого прибора за месяц по формуле $W = P \cdot t$, где $P$ - мощность в кВт, а $t$ - время работы в часах за месяц.

1. Холодильник: $W_{хол} = 25$ кВт·ч (из данных).

2. Телевизор:
Время работы в месяц: $t_{ТВ} = 4 \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 120$ ч.
Энергия: $W_{ТВ} = 0,12 \text{ кВт} \cdot 120 \text{ ч} = 14,4$ кВт·ч.

3. Компьютер:
Время работы в месяц: $t_{ПК} = 5 \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 150$ ч.
Энергия: $W_{ПК} = 0,25 \text{ кВт} \cdot 150 \text{ ч} = 37,5$ кВт·ч.

4. Стиральная машина:
Время работы в месяц: $t_{СМ} = 2 \text{ раза/нед} \cdot 4 \text{ нед/мес} \cdot 1,5 \text{ ч/раз} = 12$ ч.
Энергия: $W_{СМ} = 2,0 \text{ кВт} \cdot 12 \text{ ч} = 24$ кВт·ч.

5. Электрический чайник:
Время работы в месяц: $t_{чайник} = 0,25 \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 7,5$ ч.
Энергия: $W_{чайник} = 2,2 \text{ кВт} \cdot 7,5 \text{ ч} = 16,5$ кВт·ч.

6. Микроволновая печь:
Время работы в месяц: $t_{СВЧ} = (1/3) \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 10$ ч.
Энергия: $W_{СВЧ} = 0,8 \text{ кВт} \cdot 10 \text{ ч} = 8$ кВт·ч.

7. Освещение:
Время работы в месяц: $t_{освещение} = 5 \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 150$ ч.
Энергия: $W_{освещение} = 0,1 \text{ кВт} \cdot 150 \text{ ч} = 15$ кВт·ч.

8. Wi-Fi роутер:
Время работы в месяц: $t_{роутер} = 24 \text{ ч/день} \cdot 30 \text{ дней} = 720$ ч.
Энергия: $W_{роутер} = 0,01 \text{ кВт} \cdot 720 \text{ ч} = 7,2$ кВт·ч.

Теперь сложим энергию, потребляемую всеми приборами, чтобы найти общее потребление за месяц:
$W_{общ} = W_{хол} + W_{ТВ} + W_{ПК} + W_{СМ} + W_{чайник} + W_{СВЧ} + W_{освещение} + W_{роутер}$
$W_{общ} = 25 + 14,4 + 37,5 + 24 + 16,5 + 8 + 15 + 7,2 = 147,6$ кВт·ч.

Ответ: Среднее значение электроэнергии, потребляемой семьей за месяц, составляет 147,6 кВт·ч.

Сравнение расходов энергии для работы каждого прибора

Расположим приборы в порядке убывания их энергопотребления за месяц:
1. Компьютер: 37,5 кВт·ч
2. Холодильник: 25 кВт·ч
3. Стиральная машина: 24 кВт·ч
4. Электрический чайник: 16,5 кВт·ч
5. Освещение: 15 кВт·ч
6. Телевизор: 14,4 кВт·ч
7. Микроволновая печь: 8 кВт·ч
8. Wi-Fi роутер: 7,2 кВт·ч

Вывод: Наибольший вклад в потребление электроэнергии вносят компьютер, используемый длительное время, и холодильник, работающий постоянно. Приборы с очень высокой мощностью, такие как стиральная машина и чайник, также являются значительными потребителями, несмотря на короткое время работы. Приборы, работающие круглосуточно даже с малой мощностью (роутер), за месяц потребляют сравнимое с микроволновой печью количество энергии.

Ответ: Самыми энергозатратными приборами в данном примере являются компьютер (37,5 кВт·ч/мес) и холодильник (25 кВт·ч/мес).

Определение стоимости и сравнение с произведенной оплатой

Рассчитаем стоимость потребленной электроэнергии по формуле $C = W \cdot T$, где $T$ - тариф.
$C_{общ} = W_{общ} \cdot T = 147,6 \\ \\mathrm{кВт \\cdot ч} \cdot 5,40 \text{ руб/кВт·ч} = 797,04$ руб.

Далее этот результат необходимо сравнить с вашими реальными счетами за электроэнергию за последние несколько месяцев. Например, если ваши счета составляют в среднем 800-850 рублей, то расчет можно считать достаточно точным. Если разница велика, возможно, вы недооценили или переоценили время работы каких-то приборов или не учли некоторые из них (например, бойлер, теплый пол, кондиционер).

Ответ: Расчетная стоимость электроэнергии за месяц составляет 797,04 руб. Этот результат следует сравнить с фактическими счетами за коммунальные услуги.

Анализ, как ваша семья может уменьшить расходы электроэнергии

На основе проведенного анализа можно предложить следующие меры по экономии:
1. Замена ламп. Если у вас все еще используются лампы накаливания, их замена на светодиодные (LED) позволит сократить расходы на освещение в 7-10 раз. В нашем примере уже используются LED-лампы, что является эффективной мерой.
2. Эффективное использование мощных приборов. Стиральную машину следует загружать полностью. В электрическом чайнике кипятить ровно столько воды, сколько необходимо в данный момент.
3. Сокращение времени работы. Уменьшение времени, проводимого за компьютером или перед телевизором, напрямую снизит энергопотребление.
4. Выключение из сети. Многие приборы (телевизоры, компьютеры, зарядные устройства) потребляют энергию даже в режиме ожидания (stand-by). Отключение их от сети, когда они не используются, поможет сэкономить до 5-10% электроэнергии. Роутер можно отключать на ночь.
5. Правильная эксплуатация. Не ставить холодильник рядом с источниками тепла (плита, батарея) и регулярно его размораживать (если он не оснащен системой No Frost).
6. Выбор энергоэффективной техники. При покупке новых приборов обращайте внимание на класс энергоэффективности (предпочтительны классы A, A+, A++, A+++).

Ответ: Уменьшить расходы можно за счет замены ламп на светодиодные, более рационального использования мощных приборов, выключения техники из розеток и покупки новых приборов с высоким классом энергоэффективности.