Номер 56.7, страница 200 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 56. Работа и мощность тока. Глава 7. Электрические явления - номер 56.7, страница 200.

56.7 [1398] По данным рисунка VII-77 определите энергию, потребляемую лампой в течение 10 с. Как будет изменяться потребляемая лампой энергия, если ползунок реостата переместить вверх; вниз?

4 В

0,3 А

Рис. VII-77

По данным рисунка VII-77 определите энергию, потребляемую лампой в течение 10 с.

Дано:

Напряжение на лампе $U = 4$ В
Сила тока в цепи $I = 0,3$ А
Время $t = 10$ с

Найти:

Энергию, потребляемую лампой $W$

Решение:

Энергия (или работа) электрического тока, потребляемая участком цепи, вычисляется по формуле:

$W = U \cdot I \cdot t$

где $U$ – напряжение на участке цепи, $I$ – сила тока на этом участке, а $t$ – время, в течение которого протекал ток.

Из схемы видно, что вольтметр подключен параллельно лампе и измеряет напряжение на ней ($U = 4$ В). Амперметр включен в цепь последовательно и измеряет общую силу тока, которая в данном случае равна силе тока, проходящего через лампу ($I = 0,3$ А).

Подставим данные значения в формулу для расчета энергии:

$W = 4 \text{ В} \cdot 0,3 \text{ А} \cdot 10 \text{ с} = 12 \text{ Дж}$

Ответ: энергия, потребляемая лампой, равна 12 Дж.

Как будет изменяться потребляемая лампой энергия, если ползунок реостата переместить вверх; вниз?

Решение:

Потребляемая лампой энергия $W$ за фиксированное время $t$ прямо пропорциональна мощности лампы $P$: $W = P \cdot t$. Мощность лампы, в свою очередь, зависит от силы тока $I$, проходящего через нее, и ее сопротивления $R_{\text{лампы}}$: $P = I^2 \cdot R_{\text{лампы}}$. Сопротивление лампы будем считать постоянным. Таким образом, изменение энергии будет определяться изменением силы тока в цепи.

В данной схеме реостат и лампа соединены последовательно. Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений реостата и лампы: $R_{\text{общ}} = R_{\text{реост}} + R_{\text{лампы}}$.

При перемещении ползунка вверх:

При перемещении ползунка вверх по схеме, длина активной части обмотки реостата, включенной в цепь, уменьшается. Это приводит к уменьшению сопротивления реостата $R_{\text{реост}}$. Следовательно, общее сопротивление цепи $R_{\text{общ}}$ также уменьшается. Согласно закону Ома для всей цепи, $I = \frac{\mathcal{E}}{R_{\text{общ}} + r}$ (где $\mathcal{E}$ и $r$ – ЭДС и внутреннее сопротивление источника), сила тока $I$ в цепи увеличится. Так как энергия, потребляемая лампой, вычисляется по формуле $W = I^2 \cdot R_{\text{лампы}} \cdot t$, то при увеличении силы тока $I$ энергия $W$ также увеличится.

При перемещении ползунка вниз:

При перемещении ползунка вниз длина активной части реостата увеличивается, что ведет к увеличению его сопротивления $R_{\text{реост}}$. Общее сопротивление цепи $R_{\text{общ}}$ увеличивается. В результате, согласно закону Ома, сила тока $I$ в цепи уменьшится. Уменьшение силы тока приведет к уменьшению потребляемой лампой энергии $W = I^2 \cdot R_{\text{лампы}} \cdot t$.

Ответ: при перемещении ползунка реостата вверх потребляемая лампой энергия увеличится; при перемещении вниз – уменьшится.