Номер 12, страница 61, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 7. Постоянный электрический ток. Параграф 52. Закон Джоуля — Ленца. Электрические нагревательные приборы - номер 12, страница 61.

Условие.

12*. На рис. 31 показаны источник питания и три электрических прибора: лампочка, утюг и плитка.

1) Изобразите на рисунках, как надо соединить провода, чтобы подключить эти приборы к источнику: а) последовательно; б) параллельно.

Изобразите под рисунками соответствующие соединениям электрические схемы.

Рис. 31

2) Определите при параллельном соединении приборов (рис. 31, б) силу тока, текущего: а) через лампочку; б) через утюг (при подключении этих двух приборов к источнику тока); в) через источник тока.

а) ________.

б) ________.

в) ________.

3) Определите мощность электроплитки при последовательном соединении всех приборов (рис. 31, а).

Ответ: ________.

4) Определите мощность, потребляемую от источника тока всеми показанными приборами при их параллельном подключении (рис. 31, б).

Ответ: ________.

5) Какое количество теплоты выделит электроплитка за 2 ч непрерывной работы в случае последовательного подсоединения приборов (рис. 31, а)?

Ответ: ________.

6) Какое количество теплоты выделит электроплитка за 2 ч непрерывной работы в случае параллельного подсоединения приборов (рис. 31, б)?

Ответ: ________.

Решение.

1) Электрические схемы для последовательного и параллельного соединений изображаются следующим образом:

а) Последовательное соединение:

Источник тока (батарея) подключается к цепи, в которой все три прибора (лампочка, утюг и плитка), представленные как резисторы $R_1$, $R_2$ и $R_3$, соединены друг за другом в один контур. Ток проходит через каждый из них поочередно.

б) Параллельное соединение:

Источник тока (батарея) подключается к двум точкам (узлам). От этих узлов идут три параллельные ветви. В каждой ветви находится по одному прибору (резистору): в первой - лампочка ($R_1$), во второй - утюг ($R_2$), в третьей - плитка ($R_3$). Напряжение на каждой ветви одинаково и равно напряжению источника.

2) Дано:

Схема параллельного соединения (рис. 31, б)

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

Сопротивление лампочки, $R_1 = 440 \text{ Ом}$

Сопротивление утюга, $R_2 = 22 \text{ Ом}$

Сопротивление плитки, $R_3 = 44 \text{ Ом}$

Найти:

а) Силу тока через лампочку, $I_1$

б) Силу тока через утюг, $I_2$

в) Силу тока через источник тока, $I_{общ}$

Решение:

При параллельном соединении напряжение на всех участках цепи одинаково и равно напряжению источника: $U = U_1 = U_2 = U_3 = 220 \text{ В}$.

Силу тока на каждом участке найдем по закону Ома для участка цепи: $I = U/R$.

Общая сила тока в цепи при параллельном соединении равна сумме сил токов на отдельных участках (согласно первому правилу Кирхгофа): $I_{общ} = I_1 + I_2 + I_3$.

а)

Сила тока, текущего через лампочку:

$I_1 = U / R_1 = 220 \text{ В} / 440 \text{ Ом} = 0.5 \text{ А}$

Ответ: 0.5 А.

б)

Сила тока, текущего через утюг:

$I_2 = U / R_2 = 220 \text{ В} / 22 \text{ Ом} = 10 \text{ А}$

Ответ: 10 А.

в)

Для нахождения общей силы тока сначала найдем силу тока через плитку:

$I_3 = U / R_3 = 220 \text{ В} / 44 \text{ Ом} = 5 \text{ А}$

Теперь найдем общую силу тока через источник:

$I_{общ} = I_1 + I_2 + I_3 = 0.5 \text{ А} + 10 \text{ А} + 5 \text{ А} = 15.5 \text{ А}$

Ответ: 15.5 А.

3) Дано:

Схема последовательного соединения (рис. 31, а)

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

Сопротивление лампочки, $R_1 = 440 \text{ Ом}$

Сопротивление утюга, $R_2 = 22 \text{ Ом}$

Сопротивление плитки, $R_3 = 44 \text{ Ом}$

Найти:

Мощность электроплитки, $P_3$

Решение:

При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех элементов:

$R_{общ} = R_1 + R_2 + R_3 = 440 \text{ Ом} + 22 \text{ Ом} + 44 \text{ Ом} = 506 \text{ Ом}$

Сила тока в цепи одинакова на всех участках и находится по закону Ома:

$I = U / R_{общ} = 220 \text{ В} / 506 \text{ Ом} = 10/23 \text{ А} \approx 0.435 \text{ А}$

Мощность, выделяемая на электроплитке, вычисляется по формуле $P = I^2 \cdot R$:

$P_3 = I^2 \cdot R_3 = (10/23 \text{ А})^2 \cdot 44 \text{ Ом} = (100 / 529) \text{ А}^2 \cdot 44 \text{ Ом} = 4400 / 529 \text{ Вт} \approx 8.32 \text{ Вт}$

Ответ: ≈8.32 Вт.

4) Дано:

Схема параллельного соединения (рис. 31, б)

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

Сопротивление лампочки, $R_1 = 440 \text{ Ом}$

Сопротивление утюга, $R_2 = 22 \text{ Ом}$

Сопротивление плитки, $R_3 = 44 \text{ Ом}$

Найти:

Общую потребляемую мощность, $P_{общ}$

Решение:

Общую мощность можно найти как произведение общего напряжения на общую силу тока. Общая сила тока была найдена в задаче 2в) и составляет $I_{общ} = 15.5 \text{ А}$.

$P_{общ} = U \cdot I_{общ} = 220 \text{ В} \cdot 15.5 \text{ А} = 3410 \text{ Вт}$

Альтернативный способ - сложить мощности каждого прибора:

$P_1 = U^2 / R_1 = (220 \text{ В})^2 / 440 \text{ Ом} = 110 \text{ Вт}$

$P_2 = U^2 / R_2 = (220 \text{ В})^2 / 22 \text{ Ом} = 2200 \text{ Вт}$

$P_3 = U^2 / R_3 = (220 \text{ В})^2 / 44 \text{ Ом} = 1100 \text{ Вт}$

$P_{общ} = P_1 + P_2 + P_3 = 110 \text{ Вт} + 2200 \text{ Вт} + 1100 \text{ Вт} = 3410 \text{ Вт}$

Ответ: 3410 Вт или 3.41 кВт.

5) Дано:

Схема последовательного соединения (рис. 31, а)

Время работы, $t = 2 \text{ ч}$

Мощность плитки (из задачи 3), $P_3 = 4400/529 \text{ Вт}$

Перевод в СИ:

$t = 2 \text{ ч} = 2 \cdot 3600 \text{ с} = 7200 \text{ с}$

Найти:

Количество теплоты, выделенное плиткой, $Q_3$

Решение:

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, определяется законом Джоуля-Ленца: $Q = P \cdot t$.

Используем значение мощности плитки при последовательном соединении, найденное в задаче 3:

$Q_3 = P_3 \cdot t = (4400 / 529 \text{ Вт}) \cdot 7200 \text{ с} = 31680000 / 529 \text{ Дж} \approx 59887 \text{ Дж}$

Ответ: ≈59887 Дж или ≈59.9 кДж.

6) Дано:

Схема параллельного соединения (рис. 31, б)

Время работы, $t = 2 \text{ ч}$

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

Сопротивление плитки, $R_3 = 44 \text{ Ом}$

Перевод в СИ:

$t = 2 \text{ ч} = 2 \cdot 3600 \text{ с} = 7200 \text{ с}$

Найти:

Количество теплоты, выделенное плиткой, $Q_3$

Решение:

Сначала найдем мощность электроплитки при параллельном соединении. Формула мощности: $P = U^2 / R$.

$P_3 = U^2 / R_3 = (220 \text{ В})^2 / 44 \text{ Ом} = 48400 / 44 \text{ Вт} = 1100 \text{ Вт}$

Теперь по закону Джоуля-Ленца найдем количество теплоты: $Q = P \cdot t$.

$Q_3 = P_3 \cdot t = 1100 \text{ Вт} \cdot 7200 \text{ с} = 7920000 \text{ Дж}$

Ответ: 7920000 Дж или 7.92 МДж.