Практическое задание, страница 93, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Напишите рассказ "Потребление электроэнергии в моей семье". Изучите технические паспорта всех осветительных и бытовых приборов в вашей квартире. Выясните приблизительно, сколько времени в сутки вы пользуетесь каждым прибором. Рассчитайте, какое количество электроэнергии в месяц использует ваша семья. Проверьте по квитанции оплаты расход электроэнергии за такой же период времени и сравните с вашими расчетами. Насколько разнятся эти значения? Сделайте выводы.

В рамках школьного проекта я решил провести исследование на тему "Потребление электроэнергии в моей семье". Цель этой работы — рассчитать, сколько электроэнергии потребляют наши бытовые приборы за месяц, и сравнить полученный результат с реальными показаниями из квитанции за свет.

1. Изучение бытовых приборов и их характеристик

Первым делом я составил список всех основных электроприборов в нашей квартире, изучил их технические характеристики (в основном, мощность, указанную на самих приборах или в инструкциях) и оценил примерное время их работы в течение суток. Наша семья состоит из трех человек. Вот что у меня получилось:

- Холодильник: Мощность компрессора составляет около 150 Вт. Холодильник работает циклично, и я предположил, что в сумме компрессор включается на 8 часов в сутки.

- Освещение: В основном мы используем светодиодные лампы. В вечернее время в разных комнатах работает около 5 ламп средней мощностью 10 Вт каждая. Суммарная мощность 50 Вт. Среднее время работы — 6 часов в сутки.

- Телевизор: Его мощность — 100 Вт, и в среднем он работает 4 часа в день.

- Компьютер: Стационарный ПК с монитором потребляет около 250 Вт. Я пользуюсь им для учебы и игр примерно 5 часов в день.

- Стиральная машина: Это мощный прибор, но используется не каждый день. Один цикл стирки потребляет примерно 0.8 кВт·ч. Мы стираем в среднем 3 раза в неделю, то есть около 12 раз в месяц.

- Электрический чайник: Его мощность очень высока — 2000 Вт. Мы кипятим воду около 4 раз в день, каждый раз примерно по 5 минут. Общее время работы в сутки — 20 минут (или 1/3 часа).

- Микроволновая печь: Мощность 800 Вт. Используется для разогрева еды, суммарно около 15 минут (0.25 часа) в день.

- Wi-Fi роутер: Потребляет всего 10 Вт, но включен круглосуточно, 24 часа в сутки.

- Зарядные устройства: Два смартфона ставятся на зарядку каждый день. Суммарная мощность зарядок — 20 Вт, время зарядки — около 3 часов.

Ответ: Был составлен список основных электроприборов, определена их мощность и среднее время работы в сутки.

2. Расчет ежемесячного потребления электроэнергии

На основе собранных данных я выполнил расчет общего потребления электроэнергии за месяц (примем, что в месяце 30 дней).

Дано:

Приборы с ежедневным использованием:

Холодильник: $P_1 = 150 \text{ Вт}$, $t_1 = 8 \text{ ч/сутки}$

Освещение: $P_2 = 50 \text{ Вт}$, $t_2 = 6 \text{ ч/сутки}$

Телевизор: $P_3 = 100 \text{ Вт}$, $t_3 = 4 \text{ ч/сутки}$

Компьютер: $P_4 = 250 \text{ Вт}$, $t_4 = 5 \text{ ч/сутки}$

Электрочайник: $P_5 = 2000 \text{ Вт}$, $t_5 = 1/3 \text{ ч/сутки}$

Микроволновая печь: $P_6 = 800 \text{ Вт}$, $t_6 = 0.25 \text{ ч/сутки}$

Зарядные устройства: $P_7 = 20 \text{ Вт}$, $t_7 = 3 \text{ ч/сутки}$

Роутер Wi-Fi: $P_8 = 10 \text{ Вт}$, $t_8 = 24 \text{ ч/сутки}$

Приборы с периодическим использованием:

Стиральная машина: $W_{цикл} = 0.8 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$, количество циклов в месяц $n_9 = 12$

Период расчета: $N = 30 \text{ дней}$

Перевод в СИ:

Для расчетов удобнее перевести мощность из ватт (Вт) в киловатты (кВт), так как энергия в квитанциях указывается в киловатт-часах (кВт·ч). $1 \text{ кВт} = 1000 \text{ Вт}$. $P_1 = 0.15 \text{ кВт}$; $P_2 = 0.05 \text{ кВт}$; $P_3 = 0.1 \text{ кВт}$; $P_4 = 0.25 \text{ кВт}$; $P_5 = 2.0 \text{ кВт}$; $P_6 = 0.8 \text{ кВт}$; $P_7 = 0.02 \text{ кВт}$; $P_8 = 0.01 \text{ кВт}$.

Найти:

Общее потребление электроэнергии за месяц $W_{общ}$.

Решение:

1. Рассчитаем суточное потребление энергии ($W_{сутки}$) для каждого прибора по формуле $W = P \cdot t$: $W_1 = 0.15 \text{ кВт} \cdot 8 \text{ ч} = 1.2 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_2 = 0.05 \text{ кВт} \cdot 6 \text{ ч} = 0.3 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_3 = 0.1 \text{ кВт} \cdot 4 \text{ ч} = 0.4 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_4 = 0.25 \text{ кВт} \cdot 5 \text{ ч} = 1.25 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_5 = 2.0 \text{ кВт} \cdot (1/3) \text{ ч} \approx 0.67 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_6 = 0.8 \text{ кВт} \cdot 0.25 \text{ ч} = 0.2 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_7 = 0.02 \text{ кВт} \cdot 3 \text{ ч} = 0.06 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$ $W_8 = 0.01 \text{ кВт} \cdot 24 \text{ ч} = 0.24 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$

2. Найдем суммарное суточное потребление (без стиральной машины): $W_{сутки, общ} = 1.2 + 0.3 + 0.4 + 1.25 + 0.67 + 0.2 + 0.06 + 0.24 = 4.32 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$

3. Рассчитаем месячное потребление этих приборов: $W_{мес, 1-8} = W_{сутки, общ} \cdot N = 4.32 \ \mathrm{кВт \cdot ч} \cdot 30 = 129.6 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$

4. Рассчитаем месячное потребление стиральной машины: $W_{мес, 9} = W_{цикл} \cdot n_9 = 0.8 \ \mathrm{кВт \cdot ч} \cdot 12 = 9.6 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$

5. Найдем общее месячное потребление, сложив все значения: $W_{общ} = W_{мес, 1-8} + W_{мес, 9} = 129.6 \ \mathrm{кВт \cdot ч} + 9.6 \ \mathrm{кВт \cdot ч} = 139.2 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$

Ответ: Расчетное потребление электроэнергии в моей семье за месяц составляет 139.2 кВт·ч.

3. Сравнение с данными из квитанции и выводы

Следующим шагом я взял последнюю квитанцию за электроэнергию. Согласно ей, за прошлый месяц наша семья потребила 155 кВт·ч. Теперь можно сравнить расчетное значение с фактическим.

Разница составила: $\Delta W = 155 \ \mathrm{кВт \cdot ч} - 139.2 \ \mathrm{кВт \cdot ч} = 15.8 \ \mathrm{кВт \cdot ч}$.

Мое расчетное значение оказалось ниже фактического примерно на 10%: $\frac{15.8 \ \mathrm{кВт \cdot ч}}{155 \ \mathrm{кВт \cdot ч}} \cdot 100\% \approx 10.2\%$

Такое расхождение можно объяснить несколькими причинами:

- Погрешность в оценке времени. Я мог неточно оценить время работы некоторых приборов. Например, телевизор мог работать дольше, а компьютер — меньше.

- "Скрытые" потребители. Я не учел приборы, которыми мы пользуемся редко, но которые довольно мощные: пылесос (1600 Вт), фен (1800 Вт), утюг (2200 Вт). Даже если они работают по 15-20 минут в неделю, за месяц набегает несколько кВт·ч.

- Режим ожидания (Stand-by). Многие устройства (телевизор, микроволновка, компьютер) потребляют энергию даже в выключенном состоянии, находясь в режиме ожидания. Это небольшая мощность (1-5 Вт), но за 24 часа в сутки и 30 дней в месяц она превращается в заметные 1-3 кВт·ч на все приборы.

- Непостоянство мощности. Мощность холодильника или стиральной машины меняется в процессе работы, а я использовал средние или пиковые значения, что также вносит погрешность.

Выводы:

Проведенное исследование показало, что теоретический расчет потребления электроэнергии дает достаточно близкий к реальности результат, но для большей точности необходимо учитывать все, даже самые мелкие потребители и их режимы работы.

Я также увидел, что наибольший вклад в счета за электричество вносят приборы с высокой мощностью (чайник, компьютер) и те, что работают долго (холодильник). Чтобы экономить электроэнергию, следует:

1. Использовать энергосберегающие приборы (класс А+ и выше) и светодиодные лампы.

2. Не оставлять свет включенным без надобности.

3. По возможности отключать приборы из розетки, а не оставлять их в режиме ожидания.

4. Кипятить в чайнике ровно столько воды, сколько нужно в данный момент.

Этот простой эксперимент помог мне лучше понять, как формируется наш счет за электроэнергию, и задуматься о способах ее экономии.

Ответ: Фактическое потребление (155 кВт·ч) оказалось на 15.8 кВт·ч (около 10%) выше расчетного (139.2 кВт·ч). Основные причины расхождения — неучтенные приборы, режим ожидания и погрешность в оценке времени работы. Сделаны выводы о необходимости комплексного подхода к экономии электроэнергии.