Практическое задание, страница 58 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Напишите рассказ "Потребление электроэнергии в моей семье".

Для этого изучите технические паспорта всех осветительных 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? Почему? Сделайте выводы.

Для выполнения этого задания я провел исследование потребления электроэнергии в моей гипотетической семье, состоящей из трех человек. Цель исследования — рассчитать месячное потребление электроэнергии, сравнить его с реальными данными из квитанции и сделать выводы об эффективности использования электроприборов.

Первым шагом я составил список основных электроприборов в нашей квартире, изучил их технические характеристики (в основном, потребляемую мощность) и оценил среднее время работы каждого прибора в сутки.

Освещение:
- Светодиодные лампы в жилых комнатах (5 шт.): Мощность $\text{P}$ = 10 Вт каждая, общее время работы $\text{t}$ ≈ 6 часов в сутки.
- Светодиодная лампа на кухне (1 шт.): Мощность $\text{P}$ = 15 Вт, время работы $\text{t}$ ≈ 5 часов в сутки.
- Светодиодная лампа в ванной и туалете (2 шт.): Мощность $\text{P}$ = 8 Вт каждая, общее время работы $\text{t}$ ≈ 2 часа в сутки.

Крупная бытовая техника:
- Холодильник (класс A+): Мощность $\text{P}$ = 150 Вт, время работы компрессора $\text{t}$ ≈ 8 часов в сутки.
- Стиральная машина: Мощность $\text{P}$ = 2000 Вт, используется 2 раза в неделю по 1.5 часа (в среднем $\text{t}$ ≈ 0.43 часа в сутки).
- Электрическая плита (конфорка): Мощность $\text{P}$ = 1500 Вт, используется $\text{t}$ ≈ 1 час в сутки.
- Электрический духовой шкаф: Мощность $\text{P}$ = 2500 Вт, используется 1 раз в неделю на 1 час (в среднем $\text{t}$ ≈ 0.14 часа в сутки).

Мелкая бытовая и электронная техника:
- Телевизор: Мощность $\text{P}$ = 120 Вт, время работы $\text{t}$ ≈ 4 часа в сутки.
- Ноутбук (2 шт.): Мощность $\text{P}$ ≈ 65 Вт каждый, общее время работы $\text{t}$ ≈ 8 часов в сутки.
- Wi-Fi роутер: Мощность $\text{P}$ = 10 Вт, работает $\text{t}$ = 24 часа в сутки.
- Электрический чайник: Мощность $\text{P}$ = 2200 Вт, общее время работы $\text{t}$ ≈ 10 минут в сутки (≈ 0.17 часа).
- Микроволновая печь: Мощность $\text{P}$ = 800 Вт, общее время работы $\text{t}$ ≈ 15 минут в сутки (0.25 часа).
- Зарядные устройства для телефонов (3 шт.): Мощность $\text{P}$ ≈ 5 Вт каждое, общее время работы $\text{t}$ ≈ 4 часа в сутки.

Ответ: Был составлен перечень из 13 групп электроприборов, определена их мощность и примерное суточное время работы.

На основе собранных данных я рассчитал общее потребление электроэнергии за месяц (приняв в месяце 30 дней).

Дано:

Список приборов с их мощностями $\text{P}$ и временем работы в сутки $\text{t}$.
Количество дней в месяце = 30.

Найти:

Общее количество электроэнергии $W_{общ}$ (в кВт·ч) за месяц.

Решение:

Формула для расчета потребленной энергии: $W = P \cdot t$, где $\text{P}$ — мощность в киловаттах (кВт), а $\text{t}$ — время в часах (ч).
Сначала рассчитаем суточное потребление энергии для каждого прибора, предварительно переведя мощность из Вт в кВт (1 кВт = 1000 Вт).

1. Освещение: $W_{осв} = (5 \cdot 0.01 \text{ кВт} \cdot 6 \text{ ч}) + (1 \cdot 0.015 \text{ кВт} \cdot 5 \text{ ч}) + (2 \cdot 0.008 \text{ кВт} \cdot 2 \text{ ч}) = 0.3 + 0.075 + 0.032 = 0.407 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
2. Холодильник: $W_{хол} = 0.15 \text{ кВт} \cdot 8 \text{ ч} = 1.2 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
3. Стиральная машина: $W_{стир} = 2.0 \text{ кВт} \cdot 0.43 \text{ ч} = 0.86 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
4. Эл. плита: $W_{плита} = 1.5 \text{ кВт} \cdot 1 \text{ ч} = 1.5 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
5. Духовой шкаф: $W_{дух} = 2.5 \text{ кВт} \cdot 0.14 \text{ ч} = 0.35 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
6. Телевизор: $W_{тв} = 0.12 \text{ кВт} \cdot 4 \text{ ч} = 0.48 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
7. Ноутбуки: $W_{ноут} = 2 \cdot 0.065 \text{ кВт} \cdot 8 \text{ ч} = 1.04 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
8. Роутер: $W_{роут} = 0.01 \text{ кВт} \cdot 24 \text{ ч} = 0.24 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
9. Чайник: $W_{чайн} = 2.2 \text{ кВт} \cdot 0.17 \text{ ч} = 0.374 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
10. Микроволновка: $W_{мвп} = 0.8 \text{ кВт} \cdot 0.25 \text{ ч} = 0.2 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.
11. Зарядные устройства: $W_{зар} = 3 \cdot 0.005 \text{ кВт} \cdot 4 \text{ ч} = 0.06 \mathrm{кВт \cdot ч/сутки}$.

Теперь суммируем суточное потребление всех приборов:
$W_{сутки} = 0.407 + 1.2 + 0.86 + 1.5 + 0.35 + 0.48 + 1.04 + 0.24 + 0.374 + 0.2 + 0.06 = 6.711 \mathrm{кВт \cdot ч}$.

Рассчитаем потребление за месяц (30 дней):
$W_{общ} = W_{сутки} \cdot 30 = 6.711 \mathrm{кВт \cdot ч} \cdot 30 = 201.33 \mathrm{кВт \cdot ч}$.

Ответ: Расчетное количество электроэнергии, которое использует наша семья в месяц, составляет примерно $201$ кВт·ч.

Я изучил квитанцию за прошлый месяц. Согласно показаниям счетчика, расход электроэнергии составил $245$ кВт·ч.

Теперь сравним расчетное значение с фактическим:
Расчетное значение: $W_{расчет} = 201 \mathrm{кВт \cdot ч}$.
Фактическое значение: $W_{факт} = 245 \mathrm{кВт \cdot ч}$.
Разница (расхождение): $\Delta W = W_{факт} - W_{расчет} = 245 - 201 = 44 \mathrm{кВт \cdot ч}$.

В процентном отношении расхождение составляет: $\frac{\Delta W}{W_{расчет}} \cdot 100\% = \frac{44}{201} \cdot 100\% \approx 21.9\%$.

Ответ: Фактический расход электроэнергии по квитанции ($245$ кВт·ч) оказался выше расчетного ($201$ кВт·ч) на $44$ кВт·ч, что составляет почти 22%.

Расхождение между расчетным и фактическим потреблением является ожидаемым, и его можно объяснить несколькими причинами:

1. Погрешность в оценке времени работы. Время использования приборов было усреднено. В какие-то дни мы больше готовим или дольше смотрим телевизор, что не учитывается в среднем значении.

2. "Фантомная" или "спящая" нагрузка. Многие приборы (телевизор, микроволновая печь, компьютеры, зарядные устройства) потребляют энергию в режиме ожидания (stand-by), когда они просто включены в розетку. Это потребление не было учтено в расчетах, но счетчик его фиксирует круглосуточно.

3. Непостоянство мощности. Указанная в паспорте мощность — это, как правило, максимальная или номинальная мощность. Например, холодильник или стиральная машина (в режиме нагрева воды) потребляют много энергии, но в другие фазы цикла их потребление значительно ниже. Расчеты велись по усредненной или максимальной мощности, что вносит неточность.

4. Неучтенные потребители. В расчетах могли быть упущены мелкие или редко используемые приборы, такие как фен, пылесос, утюг, блендер, которые в сумме за месяц могут дать заметный вклад.

5. Потери в сети. Внутриквартирная проводка также имеет некоторое сопротивление, что ведет к незначительным потерям энергии, особенно при подключении мощных приборов.

Ответ: Основными причинами расхождения являются потребление энергии приборами в режиме ожидания, неточность в оценке времени работы, а также неучтенные мелкие бытовые приборы.

Проведенное исследование позволило мне лучше понять структуру энергопотребления в нашей семье и выявить самых "прожорливых" потребителей. Ими оказались электрическая плита, холодильник и ноутбуки.

Несмотря на то, что расчеты имеют погрешность, они наглядно демонстрируют, как ежедневные привычки влияют на итоговые цифры в квитанции. Существенная разница между расчетным и фактическим потреблением подчеркивает важность так называемого "скрытого" потребления энергии приборами в режиме ожидания.

На основе этого анализа можно сформулировать несколько рекомендаций по экономии электроэнергии:

• По возможности отключать от сети приборы, которые не используются постоянно (телевизор, микроволновую печь, зарядные устройства).
• Использовать энергосберегающие режимы на бытовой технике и компьютерах.
• Максимально использовать дневной свет, чтобы реже включать освещение.
• При покупке новой техники отдавать предпочтение моделям с высоким классом энергоэффективности (А+, А++ и выше).

Ответ: Анализ показал, что даже приблизительный расчет позволяет выявить основных потребителей электроэнергии и найти способы ее экономии. Главный вывод — необходимо обращать внимание не только на активное использование приборов, но и на их потребление в режиме ожидания.