КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. За якою формулою обчислюють роботу електричного струму?
Для розрахунку використовують формулу A = UIt. Тут U позначає напругу, I — силу струму, а t — час, протягом якого струм протікає ділянкою кола.
2. Назвіть відомі вам одиниці роботи електричного струму.
Основною одиницею в системі СІ є джоуль (Дж). У побуті та енергетиці частіше застосовують позасистемну одиницю — кіловат-годину (кВт·год).
3. Доведіть, що 1 кВт • год = 3,6 • 10^6 Дж.
В одному кіловаті 1000 Вт, а в одній годині 3600 секунд. Перемноживши ці значення, отримуємо: 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж, що у стандартному вигляді записується як 3,6 · 10^6 Дж.
4. Як вимірюють роботу електричного струму?
Пряме вимірювання виконують за допомогою електролічильника. Непрямий метод передбачає використання трьох приладів: амперметра, вольтметра та годинника з подальшим розрахунком.
5. За якою формулою можна обчислити потужність струму?
Потужність визначають добутком напруги на силу струму: P = UI. Також її можна знайти, поділивши виконану роботу на час: P = A / t.
6. Що називають номінальною потужністю електричного пристрою?
Це потужність, на яку технічно розрахований прилад. Її вказують на корпусі виробу або в інструкції (паспорті).
7. Що таке фактична потужність електричного пристрою?
Це реальна потужність, яку споживає прилад у конкретний момент. Вона залежить від напруги в мережі й може не збігатися з номінальною.
8. Як виміряти потужність електричного струму?
Спеціальний прилад для прямого вимірювання — ватметр. Непрямий спосіб: виміряти напругу вольтметром, силу струму амперметром і перемножити отримані значення.
ВПРАВА № 41
1. За показами електролічильника (див. рисунок) визначте витрачену електроенергію та обчисліть її вартість за тарифом 4,32 грн за 1 кВт • год.
Дано:
E1 = 1298,0 кВт·год
E2 = 2174,0 кВт·год
Тариф = 4,32 грн/(кВт·год)
Знайти: E(витр), Вартість (C)
Розв’язання:
Знайдемо обсяг спожитої енергії як різницю показників:
E(витр) = 2174,0 – 1298,0 = 876,0 кВт·год.
Розрахуємо вартість:
C = 876 · 4,32 = 3784,32 грн.
Відповідь: спожито 876 кВт·год, до сплати — 3784,32 грн.
2. Згідно з Державним стандартом якості електричної енергії в Україні, зміна номінальної напруги в оселях не повинна перевищувати ±10 % від напруги 220 В. У яких межах має бути напруга у вашій оселі?
Дано:
U(ном) = 220 В
Відхилення = 10% (0,1)
Знайти: U(min), U(max)
Розв’язання:
Обчислимо допустиме відхилення у вольтах: 220 В · 0,1 = 22 В.
Мінімальна напруга: 220 – 22 = 198 В.
Максимальна напруга: 220 + 22 = 242 В.
Відповідь: діапазон напруги — від 198 В до 242 В.
3. Доведіть, що 1 В • А • с = 1 Дж.
Формула роботи струму: A = UIt. Підставивши одиниці вимірювання величин (вольт, ампер, секунда), отримуємо одиницю роботи — джоуль. Отже, 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с.
4. Обчисліть роботу, яку виконає електричний струм за 15 хв роботи електродвигуна дитячої іграшки, якщо напруга на двигуні становить 10 В, а сила струму в обмотці двигуна — 0,8 А.
Дано:
t = 15 хв = 900 с
U = 10 В
I = 0,8 А
Знайти: A
Розв’язання:
За формулою A = UIt:
A = 10 В · 0,8 А · 900 с = 7200 Дж = 7,2 кДж.
Відповідь: робота струму становить 7,2 кДж.
5. Два провідники опорами 10 і 25 Ом увімкнено до мережі, напруга в якій дорівнює 100 В. Визначте, яку роботу виконає електричний струм у кожному провіднику за 5 хв, якщо провідники з’єднати: а) паралельно; б) послідовно.
Дано:
R1 = 10 Ом; R2 = 25 Ом
U = 100 В
t = 5 хв = 300 с
Розв’язання:
а) Паралельне з’єднання (напруга однакова U = 100 В).
Використовуємо формулу A = (U² / R) · t.
A1 = (100² / 10) · 300 = 1000 · 300 = 300 000 Дж = 300 кДж.
A2 = (100² / 25) · 300 = 400 · 300 = 120 000 Дж = 120 кДж.
б) Послідовне з’єднання (струм однаковий).
Загальний опір: R = 10 + 25 = 35 Ом.
Сила струму: I = 100 / 35 ≈ 2,86 А.
Формула роботи: A = I²Rt.
A1 = (100/35)² · 10 · 300 ≈ 24 490 Дж ≈ 24,5 кДж.
A2 = (100/35)² · 25 · 300 ≈ 61 223 Дж ≈ 61,2 кДж.
Відповідь: а) 300 кДж і 120 кДж; б) ≈24,5 кДж і ≈61,2 кДж.
6. Визначте силу струму, який проходить через електродвигун підіймального крана, якщо вантаж масою 1 т кран підіймає на висоту 19 м за 50 с. ККД електродвигуна становить 80 %, напруга на клемах — 380 В.
Дано:
m = 1000 кг
h = 19 м
t = 50 с
ККД (η) = 0,8
U = 380 В
g ≈ 9,8 Н/кг
Знайти: I
Розв’язання:
ККД визначається як відношення корисної роботи до повної: η = (mgh) / (UIt).
Виразимо силу струму: I = (mgh) / (U · t · η).
I = (1000 · 9,8 · 19) / (380 · 50 · 0,8) = 186 200 / 15 200 = 12,25 А.
Відповідь: сила струму дорівнює 12,25 А.
7. Дві електропечі, спіралі яких мають однакові опори, спочатку ввімкнули в мережу послідовно, а потім паралельно. У якому випадку електропечі споживали більшу потужність і в скільки разів?
Розв’язання:
При паралельному з’єднанні загальний опір зменшується удвічі (R/2), тому потужність P(пар) = 2U²/R.
При послідовному з’єднанні опір подвоюється (2R), тому потужність P(пос) = U²/(2R).
Відношення: P(пар) / P(пос) = 4.
Відповідь: при паралельному ввімкненні потужність у 4 рази більша.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
У який день тижня витрати електроенергії були найбільшими? Чому?
Зазвичай пік споживання припадає на вихідні (субота, неділя). Це пов’язано з тим, що вся сім’я вдома: активно використовується побутова техніка (пральна машина, телевізор, комп’ютер), частіше готується їжа.
Чи були ввімкнені споживачі електроенергії без потреби?
Так, часто трапляються випадки нераціонального використання: світло в порожніх кімнатах, зарядні пристрої в розетках без гаджетів або техніка в режимі очікування.
Як можна заощадити електроенергію?
Основні методи: вимикати світло, коли виходите з кімнати, замінити лампи на енергоефективні LED та повністю вимикати прилади, а не залишати їх у режимі очікування.
Як заощадити кошти, використовуючи двозонний лічильник електроенергії?
Економія досягається завдяки різним тарифам: вночі (з 23:00 до 07:00) електроенергія коштує вдвічі дешевше. Тому енергоємні процеси (прання, нагрів води бойлером, робота посудомийної машини) вигідно переносити на нічний час.