Лабораторная работа № 10, страница 89, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 69. Лабораторные и исследовательские работы. Лабораторные работы - страница 89.

Условие.

Лабораторная работа № 10

Измерение работы и мощности электрического тока

Цель работы

Научиться измерять работу и мощность электрического тока.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока (батарейка), электрическая лампочка, ключ, амперметр, вольтметр, секундомер (или часы с секундной стрелкой), соединительные провода.

Ход работы

• Соберите электрическую цепь по схеме, изображённой на рисунке.

• Измерьте силу тока $\text{I}$ и напряжение $\text{U}$ на лампочке.

• Задайте время $\text{t}$ свечения лампочки.

• Вычислите мощность тока в лампочке по формуле $P = UI$.

• Вычислите работу электрического тока в лампочке за время её свечения: $A = UIt$.

• Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в своей тетради.

I, А	U, В	t, с	P, Вт	A, Дж

• Сравните полученное значение мощности с мощностью, указанной на лампочке.

• Сделайте вывод.

Дополнительное задание

• Запишите мощность электрочайника (или утюга), который используется у вас дома.

• Определите количество теплоты, выделяемое прибором за время работы. Время работы прибора задайте самостоятельно.

• Рассчитайте стоимость потребляемой прибором электроэнергии (стоимость $1 \text{ кВт} \cdot \text{ ч}$ уточните у родителей).

• Сделайте вывод.

Решение.

Цель работы

Научиться измерять работу и мощность электрического тока.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока (батарейка), электрическая лампочка, ключ, амперметр, вольтметр, секундомер, соединительные провода.

Ход работы

Для выполнения работы необходимо собрать электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра и лампочки, соединенных последовательно. Параллельно лампочке подключается вольтметр для измерения напряжения на ней.

Проведем гипотетические измерения и расчеты. Допустим, после сборки цепи и замыкания ключа приборы показали следующие значения:

• Сила тока в цепи, измеренная амперметром: $I = 0.3 \text{ А}$
• Напряжение на лампочке, измеренное вольтметром: $U = 4.5 \text{ В}$

Зададим время работы лампочки и измерим его секундомером:

• Время свечения лампочки: $t = 120 \text{ с}$ (2 минуты)

Теперь вычислим мощность и работу электрического тока.

1. Мощность тока в лампочке вычисляется по формуле $P = U \cdot I$:

$P = 4.5 \text{ В} \cdot 0.3 \text{ А} = 1.35 \text{ Вт}$

2. Работа электрического тока в лампочке за время ее свечения вычисляется по формуле $A = U \cdot I \cdot t$ или $A = P \cdot t$:

$A = 1.35 \text{ Вт} \cdot 120 \text{ с} = 162 \text{ Дж}$

Занесем результаты измерений и вычислений в таблицу:

I, А	U, В	t, с	P, Вт	A, Дж
0.3	4.5	120	1.35	162

Сравним полученное значение мощности с номинальной мощностью, указанной на лампочке. Предположим, что на цоколе лампочки указана мощность $P_{ном} = 1.5$ Вт. Полученное в ходе эксперимента значение $P = 1.35$ Вт близко к номинальному. Расхождение может быть вызвано погрешностями измерений, а также тем, что напряжение источника тока под нагрузкой может быть несколько ниже номинального.

Вывод: В ходе лабораторной работы мы научились собирать электрическую цепь для измерения мощности и работы тока, а также производить соответствующие расчеты. Экспериментально определенная мощность лампочки ($1.35$ Вт) оказалась близка к ее номинальному значению, что подтверждает правильность выполнения работы.

Ответ: Измеренная мощность лампочки составила $1.35$ Вт, а работа тока за $120$ с — $162$ Дж.

Дополнительное задание

Запишите мощность электрочайника (или утюга), который используется у вас дома.

Рассмотрим работу электрического чайника. Мощность, указанная на корпусе большинства бытовых электрочайников, составляет примерно 2000 Вт.

Ответ: Мощность электрочайника $P = 2000$ Вт.

Определите количество теплоты, выделяемое прибором за время работы. Время работы прибора задайте самостоятельно.

Дано:

$P = 2000$ Вт
$t = 3$ мин

$t = 3 \text{ мин} = 3 \cdot 60 \text{ с} = 180 \text{ с}$

Найти:

$\text{Q}$ - ?

Решение:

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно работе электрического тока, если вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Для нагревательных приборов, таких как чайник, это допущение справедливо.

Работа тока вычисляется по формуле: $A = P \cdot t$.

Следовательно, $Q = A = P \cdot t$.

Подставим числовые значения:

$Q = 2000 \text{ Вт} \cdot 180 \text{ с} = 360000 \text{ Дж} = 360 \text{ кДж}$.

Ответ: Количество теплоты, выделяемое чайником за 3 минуты, составляет $360$ кДж.

Рассчитайте стоимость потребляемой прибором электроэнергии (стоимость 1 кВт⋅ч уточните у родителей).

Дано:

$P = 2000$ Вт
$t = 3$ мин
Тариф = 5.5 руб/кВт⋅ч (условное значение)

Для расчета стоимости необходимо перевести единицы в те, которые используются в тарифе: мощность в киловатты (кВт) и время в часы (ч).

$P = 2000 \text{ Вт} = \frac{2000}{1000} \text{ кВт} = 2 \text{ кВт}$
$t = 3 \text{ мин} = \frac{3}{60} \text{ ч} = 0.05 \text{ ч}$

Найти:

Стоимость - ?

Решение:

Сначала найдем количество потребленной электроэнергии $\text{W}$ (равной работе $\text{A}$) в киловатт-часах.

$W = P \cdot t$

$W = 2 \text{ кВт} \cdot 0.05 \text{ ч} = 0.1 \text{ кВт}\cdot\text{ч}$

Теперь рассчитаем стоимость, умножив потребленную энергию на тариф:

Стоимость = $W \cdot$ Тариф

Стоимость = $0.1 \text{ кВт}\cdot\text{ч} \cdot 5.5 \frac{\text{руб}}{\text{кВт}\cdot\text{ч}} = 0.55$ руб.

Ответ: Стоимость одного кипячения чайника в течение 3 минут составляет 55 копеек (при тарифе 5.5 руб/кВт⋅ч).

Сделайте вывод.

Бытовые нагревательные приборы, такие как чайники, обладают высокой мощностью и потребляют значительное количество электроэнергии даже за короткий промежуток времени. Расчеты показывают, что даже разовое использование таких приборов вносит вклад в общие расходы на электроэнергию. Рациональное использование мощных электроприборов (например, кипячение только необходимого количества воды) позволяет экономить электроэнергию и, как следствие, снижать финансовые затраты.

Ответ: Экономичное использование мощных электроприборов ведет к сбережению электроэнергии и денежных средств.