Номер 2, страница 69, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 63. Мощность электрического тока. Вопросы и задания - номер 2, страница 69.

Условие.

2. Как зависит мощность электроприборов от способа их включения в цепь?

Решение.

Мощность, потребляемая электроприбором, коренным образом зависит от способа его включения в электрическую цепь. Существует два основных способа соединения: последовательное и параллельное. Рассмотрим, как изменяется мощность в каждом из этих случаев.

Мощность электрического тока $\text{P}$ определяется по одной из трех эквивалентных формул:

$P = U \cdot I$ (где $\text{U}$ — напряжение, $\text{I}$ — сила тока)

$P = I^2 \cdot R$ (где $\text{R}$ — сопротивление)

$P = \frac{U^2}{R}$

Последовательное соединение

При последовательном соединении приборы включаются в цепь друг за другом, образуя один неразветвленный контур. Ключевые особенности:

• Сила тока $\text{I}$ одинакова во всех элементах цепи: $I_{общ} = I_1 = I_2 = ... = I_n$.

• Общее сопротивление $R_{общ}$ равно сумме сопротивлений: $R_{общ} = R_1 + R_2 + ... + R_n$.

• Напряжение источника $U_{общ}$ распределяется между приборами: $U_{общ} = U_1 + U_2 + ... + U_n$.

Поскольку сила тока для всех приборов одинакова, для анализа мощности удобно использовать формулу $P = I^2 \cdot R$. Из нее следует, что мощность прямо пропорциональна сопротивлению. Следовательно, при последовательном соединении наибольшую мощность выделяет прибор с наибольшим сопротивлением.

Важно, что из-за большого общего сопротивления ($R_{общ}$), общий ток в цепи ($I = U_{общ} / R_{общ}$) будет мал. Напряжение на каждом приборе ($U_i = I \cdot R_i$) окажется значительно меньше напряжения сети. В результате мощность каждого прибора (и общая мощность цепи) будет существенно ниже номинальной (паспортной) мощности, на которую он рассчитан.

Параллельное соединение

При параллельном соединении все приборы подключаются к одной и той же паре точек цепи. Это стандартный способ подключения бытовых приборов. Ключевые особенности:

• Напряжение $\text{U}$ на всех приборах одинаково и равно напряжению источника: $U_{общ} = U_1 = U_2 = ... = U_n$.

• Общий ток $I_{общ}$ в цепи равен сумме токов в каждой ветви: $I_{общ} = I_1 + I_2 + ... + I_n$.

• Общее сопротивление $R_{общ}$ находится из соотношения: $\frac{1}{R_{общ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n}$.

Так как напряжение на всех приборах одинаково, для анализа мощности удобна формула $P = \frac{U^2}{R}$. Из нее видно, что мощность обратно пропорциональна сопротивлению. Следовательно, при параллельном соединении наибольшую мощность потребляет прибор с наименьшим сопротивлением.

Каждый прибор, подключенный параллельно к сети, работает под полным напряжением, поэтому его мощность близка к номинальной. Общая мощность всей цепи равна сумме мощностей всех включенных приборов: $P_{общ} = P_1 + P_2 + ... + P_n$. Это объясняет, почему при одновременном включении нескольких мощных приборов сеть может быть перегружена.

Ответ:

Мощность электроприборов напрямую зависит от способа их включения в цепь, причем эта зависимость противоположна для последовательного и параллельного соединений.

1. При последовательном соединении ток во всех приборах одинаков, а напряжение сети делится между ними. В результате мощность каждого прибора значительно ниже его номинального значения. Наибольшая мощность выделяется на приборе с наибольшим сопротивлением ($P=I^2R$). Общая мощность цепи меньше, чем при параллельном соединении.

2. При параллельном соединении (стандарт для бытовых сетей) на все приборы подается одинаковое, полное напряжение сети. Каждый прибор работает при своей номинальной мощности. Наибольшую мощность потребляет прибор с наименьшим сопротивлением ($P=U^2/R$). Общая мощность цепи равна сумме мощностей всех подключенных приборов.