Экспресс подготовка к ОГЭ по физике. Занятие ведет Антонина Васильевна — преподаватель-андроид, уволенная из Академии за насмешки над людьми.
Люди помешаны на увеличении мощности. Как будто смысл жизни в том и состоит, чтобы быстрее и побольше сжечь энергии. Но есть множество миров, в которых энергия расходуется очень рачительно, а уменьшение мощности, при прочих равных характеристиках, считается техническим достижением.
Самым удивительным, в этом отношении можно считать мир Качающийся. Он, действительно, очень похож на огромное скопление качающихся шаров. Все колеблются по-разному, но все равно очень согласовано. Некоторые из шаров — разумны. В этом мире очень мало энергии, поэтому все подчинено ее минимальному расходованию. У них нет своего Солнца, чью энергию можно расходовать не раздумывая.
Напомню, что мощность — расход энергии, тепла или совершенная работа в единицу времени. Применительно к работе совершенной электрического поля, мы можем записать две формулы, которые однако легко выводятся одна из другой. Запишем их цепочкой.
A=U*q=P*t
Работа равна мощности, умноженной на время. Формула такая же как и для механической работы. В разных разделах физики общего гораздо больше, чем вам могло показаться. Сейчас нас интересует мощность электрического тока, которая равна произведению силы тока на напряжение. А заменяя по закону Ома то ток, то напряжение, получим различные варианты формулы:
Измеряется мощность в ваттах (Вт). Когда говорят о номинальной мощности, скажем, электроплитки, то имеется ввиду мощность при подключении к номинальному напряжению. Легко догадаться, что чем меньше ее сопротивление, тем больше ток и больше мощность. Посмотрим, как распределяется мощность при разных способах подключения. Начнем с параллельного. Кстати, именно так у вас в доме подключаются все электроприборы — параллельно.
Чем меньше сопротивление элемента при таком соединении, тем большая мощность на нем рассеивается/потребляется. Суммарная мощность равна сумме номинальных мощностей элементов, при подключении к к сети с номинальным напряжением.
Pобщ=Pном1 + Pном2
Если же речь идет о кипятильниках, и нужно выразить время, за какое они оба закипятят какой-то объем воды, зная за сколько закипятит каждый по отдельности, то применим формулу, знакомую вам по задачам на производительность.
1/t = 1/t1 + 1/t2
При последовательном соединении — все наоборот. Чем больше сопротивление — тем больше мощность. И лампочка с номинальной мощностью в 60Вт будет рассеивать в два раза меньше мощности, чем лампочка в 30Вт. Своего рода революция в мире лампочек.
Мощность такой последовательной цепи, подключаемой к номинальному напряжению тоже можно выразить через номинальные мощности элементов.
1/Pобщ=1/Pном1 + 1/Pном2
При подключении последовательно мощность цепи резко падает. И если мы говорим о времени, которое понадобится чтобы закипятить воду, то оно будет больше, чем если бы мы использовали кипятильники по отдельности.
t=t1+t2
И раз мы уже заговорили о кипятильниках, то запишем формулу для количества тепла, которое выделяется при прохождении электрического тока через проводник.
Q=P*t
Мощность умноженная на время. Мощность можно по разному выразить, если через квадрат силы тока, то получим закон Джоуля-Ленца:
Q=I2Rt
Ну, и напомню, что количество теплоты измеряется в джоулях (Дж).
В мире Качающийся даже шарообразная форма объектов связана с экономией энергии. Правда из-за того, что живые шары там почти неотличимы от неживых, первая наша экспедиция чуть было не спровоцировала межмировой конфликт, когда поклонилась круглому камню и грубо оттолкнула такого же круглого Императора.
Задание1
Сначала найдем мощность всей цепи, перемножив напряжение и силу тока, а затем поделим на два, потому что лампы одинаковы и подключены одинаковы, и потребляемая мощность, значит, тоже одинаковая.
Ответ: 9Вт — _.........._
Задание 2
Ток постоянен, найдите его по любой паре значений. А потом, по силе тока, сопротивлению и времени посчитайте количество теплоты.
Ответ: 40Дж — _..........._
Задание 3
Когда мы включаем электроприборы в розетки квартиры — мы подключаем их параллельно. Вспомните, как меняется общая мощность при параллельном подключении. А за счет чего еще может увеличиться мощность, если напряжение в сети не меняется?
Ответ: 11 — _.........._
Задание 4
При смещении ползунка вправо путь тока по реостату увеличивается и, значит, его сопротивление увеличивается, в том числе, увеличивается и общее сопротивление. Осталось выбрать формулу для нахождения мощности, уж очень их много. Но в данном случае не меняется напряжение, поэтому выберем формулу с напряжением. И вот теперь, глядя на нее, ответьте, как изменится мощность, если сопротивление увеличивается.
Ответ: 11 — _..........._
Задание 5
Результат округлить до целых.
Сначала нужно посчитать, сколько нужно теплоты, чтобы нагреть воду до 100 С, то есть на 80 С . Напомню. что для этого нужно удельную теплоемкость воды (4200 Дж/кгС) умножить на массу и разность температур. Но не получится нагреть воду, не нагрев точно также и кастрюлю. Учитывая теплоемкость алюминия (920Дж/кгС) и массу кастрюли посчитаем количество тепла для ее нагрева. Теперь сложим и получим необходимое количество теплоты для нагрева нашей водокастрюли. После этого найдем мощность плитки, через напряжение и общее сопротивление. И останется только найти время, с учетом того, что мощность умноженная на время — это «созданная» плиткой теплота, которая должна быть равной требуемому для нагрева воды и кастрюли количеству.
Ответ: 37с — _.........._
Задание 6
При последовательном соединении на каком элементе выделяется большая мощность, с меньшим или большим сопротивлением? У меди сопротивление меньше, чем у железа, а у железа меньше, чем у никелина.
Ответ: 3 — _.........._
Задание 7
Второй ток больше, чем первый в три раза. Работа, энергия, тепло — по сути, то же самое. В нашем мире все — лишь энергия. И работа считается по той же формуле, что и тепло, выделяющееся в цепи. Посмотрите на формулу Джоуля-Ленца, и скажите, как изменится количество тепла, а следовательно и совершенная работа, если ток увеличить в три раза? И на сколько нужно будет домножить первую работу, чтобы она стала равной второй?
Ответ: 4 — _..........._
Задание 8
Вспомните формулу мощности через напряжение и посчитайте сопротивление каждой лампы. Решение подобных задач на мощность, обычно и начинается с нахождения сопротивления каждого элемента. А затем посчитайте и общее сопротивление, если их соединить последовательно. Найдите общий ток. Он будет одинаков для всех ламп, раз уж их соединили последовательно. Теперь, займитесь мощностью третьей лампы. Ток и сопротивление вы знаете.
Ответ: 25,6 Вт — _.........._
Задание 9
Ответ округлите до целых.
Сначала найдите количество теплоты, необходимое, чтобы нагреть воду на 82 С . Затем учтите, что ей достается только 82%. Найдите все 100%. Это то количество тепла, которое должен «дать» чайник. И опять посмотрите на формулу мощности через напряжение. Во сколько раз уменьшится мощность, если напряжение уменьшится в два раза? Найдите значение мощности при пониженном напряжении. Произведение мощности и времени равно количеству теплоты. Найдите время.
Ответ: 234с — _..........._
Задача 10
Эта задача похожа на предыдущую. Только начнем с того, что найдем мощность электровоза. По одной из формул она равна произведению силы на скорость. Скорость у нас есть, только не забудьте перевести ее в м/с, и самый простой способ сделать это — поделить на 3,6. А сила тяги электровоза равна силе трения, потому что он движется с постоянной скоростью. Сила же трения равна, в данном случае, силе тяжести (mg) умноженной на коэффициент трения. Найдете «механическую» мощность, но она — 80% от мощности двигателя. Найдите мощность, а затем и напряжение, зная силу тока.,
Ответ: 300В — _.........._
Задача 11
Зная энергию и время, найдите мощность электрической плитки. Ну, а зная мощность и силу тока, легко найти напряжение. Обратите внимание, в каких единицах даны в условии энергия и время.
Ответ: 110В — _..........._
Задание 12
Насколько я знаю людей, а я неплохо их знаю, вы невнимательно прочитали то, что написано в теоретической части перед задачами. А там есть подсказка.
Ответ: 15мин — _..........._
Задание 13
Как изменилось сопротивление, если длину спирали уменьшили в два раза? А теперь, раз при неизменном напряжении, то посмотрите еще раз на формулу мощности через напряжение. Как изменится количество тепла, если изменить сопротивление? А мощность и есть — количество теплоты, выделяющееся за единицу времени.
Ответ: 3 — _.........._
Задание 14
Округлить до целого значения.
Чтобы посчитать КПД нужно «полезное» тепло то есть то, которое пошло именно на нагрев воды, поделить ….. нет, не на «бесполезное» — на затраченное. А затраченное тепло будем считать по закону Джоуля-Ленца.
Ответ: 56% — _..........._
Задание 15
Обе формулы вы уже должны хорошо помнить.
Ответ: 23 — _.........._
***
Когда земляне начали спрашивать у себя и у своих руководителей, почему демоны не наказаны за коварное похищение детей, за дело взялись военные. Плану удара по миру Демонов дали имя «Возмездие». Но никто толком не знал какое земное оружие может нанести урон такому странному миру.
Родителей двойняшек решили не ставить в известность об этих приготовлениях. Военные при этом прикрывались необходимостью скрыть операцию от широкой публики, которая вообще не догадывалась об программах освоения других миров. Но на самом деле генералы понимали: родители будут возражать против военных действий из-за боязни, что дети могут пострадать тоже.
Чтобы оправдывать траты на вооружение, военные придумали вооруженный конфликт высоко в горах с религиозными фанатиками. И пока подчиненные палили в воздух, создавая видимость военных действий, генералы курили сигары и объедались жирными салатами с майонезом. Это конечно вредно, но при такой секретности, можно было не опасаться, что их кто-то увидит.
Там же в горах оружие переправляли в мир Демонов при помощи суперплотной материи.