Номер 3, страница 70 - гдз по физике 8 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

VI. Характеристики электрических цепей. Работаем с текстом - номер 3, страница 70.

Условие.

3. Рассчитайте и нарисуйте электрическую цепь согласно техническому заданию:

1. Используется источник тока с напряжением 220 В.

2. Цепь защищает автоматический предохранитель, рассчитанный на силу тока 20 А.

3. В цепь необходимо подключить стиральную машину, чайник, электрическую плиту, подобрав их необходимую мощность.

4. В цепь необходимо дополнительно подключить три лампочки мощностью по 100 Вт, используя переключатель с двумя кнопками. При включении первой кнопки должна загореться одна лампочка, при включении второй — две.

Решение.

Дано:

Напряжение источника тока, $U = 220 \text{ В}$

Максимальная сила тока автоматического предохранителя, $I_{max} = 20 \text{ А}$

Мощность одной лампочки, $P_{л} = 100 \text{ Вт}$

Количество лампочек, $n = 3 \text{ шт}$

Найти:

Подобрать мощность для стиральной машины ($P_{см}$), чайника ($P_{ч}$), электрической плиты ($P_{эп}$).
Рассчитать общую мощность ($P_{общ}$) и общий ток ($I_{общ}$) в цепи.
Нарисовать схему электрической цепи.

Решение:

Для решения задачи необходимо выполнить расчеты, подобрать мощность электроприборов и нарисовать схему, соответствующую всем пунктам технического задания.

1. Расчет максимальной допустимой мощности цепи.

Согласно пунктам 1 и 2, цепь работает от напряжения $220 \text{ В}$ и защищена автоматом на $20 \text{ А}$. Максимальная мощность, которую можно подключить к этой цепи, рассчитывается по формуле:

$P_{max} = U \cdot I_{max}$

$P_{max} = 220 \text{ В} \cdot 20 \text{ А} = 4400 \text{ Вт} = 4.4 \text{ кВт}$

Суммарная мощность всех одновременно включенных приборов не должна превышать это значение.

2. Подбор мощности бытовых приборов (пункт 3).

Необходимо подключить стиральную машину, чайник и электрическую плиту. Подберем их мощность, исходя из средних значений для бытовой техники, стараясь не превысить лимит $P_{max}$. В бытовых условиях все приборы редко работают на пиковой мощности одновременно, но расчет необходимо вести для наихудшего случая.

Выберем следующие значения мощности:

• Электрический чайник: $P_{ч} = 2000 \text{ Вт}$
• Стиральная машина (в режиме нагрева): $P_{см} = 1500 \text{ Вт}$
• Электрическая плита (одна конфорка): $P_{эп} = 800 \text{ Вт}$

Суммарная мощность этих приборов:

$P_{приборов} = P_{ч} + P_{см} + P_{эп} = 2000 + 1500 + 800 = 4300 \text{ Вт}$

3. Расчет мощности освещения (пункт 4).

В цепь нужно подключить три лампочки мощностью по $100 \text{ Вт}$. Их общая мощность составит:

$P_{освещения} = n \cdot P_{л} = 3 \cdot 100 \text{ Вт} = 300 \text{ Вт}$

4. Проверка общей нагрузки на цепь.

Теперь рассчитаем суммарную мощность всех потребителей в цепи при их одновременном включении:

$P_{общ} = P_{приборов} + P_{освещения} = 4300 \text{ Вт} + 300 \text{ Вт} = 4600 \text{ Вт}$

Сравним полученное значение с максимальной допустимой мощностью:

$4600 \text{ Вт} > 4400 \text{ Вт}$

Общая мощность превышает максимальную. Рассчитаем ток, который потребуется при такой нагрузке:

$I_{общ} = \frac{P_{общ}}{U} = \frac{4600 \text{ Вт}}{220 \text{ В}} \approx 20.91 \text{ А}$

Так как $I_{общ} (20.91 \text{ А}) > I_{max} (20 \text{ А})$, автоматический предохранитель сработает, если включить все указанные приборы одновременно. Это означает, что эксплуатация данной цепи требует поочередного использования мощных приборов (например, нельзя одновременно включать чайник и стиральную машину в режиме нагрева).

5. Схема электрической цепи.

Все потребители в бытовой сети подключаются параллельно источнику питания. Схема должна включать автоматический выключатель, розетки для приборов и группу освещения с двухклавишным переключателем, как указано в задании.

На схеме: QF - автоматический выключатель; S1, S2 - клавиши двухклавишного переключателя; Л1, Л2, Л3 - лампы. Розетки и лампы подключены параллельно. Клавиша S1 управляет лампой Л1. Клавиша S2 управляет лампами Л2 и Л3, которые соединены между собой параллельно.

Ответ:

1. Максимально допустимая мощность для данной цепи составляет $P_{max} = 4400 \text{ Вт}$.

2. Подобраны мощности для приборов: чайник - $2000 \text{ Вт}$, стиральная машина - $1500 \text{ Вт}$, электрическая плита - $800 \text{ Вт}$.

3. Общая мощность всех потребителей при одновременном включении составляет $P_{общ} = 4600 \text{ Вт}$, что создает ток $I_{общ} \approx 20.91 \text{ А}$. Это превышает номинал автоматического предохранителя ($20 \text{ А}$), поэтому одновременное использование всех приборов невозможно.

4. Электрическая схема, удовлетворяющая условиям, представлена на рисунке выше.