Раздел 2.10 Применение законов постоянного тока
(задачи повышенной сложности)
2.10.1 Мощность электродрели 580 Вт, КПД 92%. Определить количество потребляемой дрелью электрической энергии W0 за 10 мин работы, потери энергии Wпотерь в цепи за это время. (W0 = 378 кДж, Wпотерь = 30 кДж)
2.10.2 Электромотор питается от сети с напряжением U = 220 В. Сопротивление обмотки мотора R = 4 Ом. Определить потребляемую мощность и КПД мотора, если сила тока потребляемого тока I = 10 А. (Рпотр = 2,2 кВт, h = 82%)
2.10.3 От генератора с ЭДС 50 В и внутренним сопротивлением r = 50 мОм ток поступает по медному кабелю площадью поперечного сечения S = 180 мм2 к месту электросварки, удаленному от генератора на 40 м. Найти напряжение на зажимах генератора и на сварочном аппарате, если сила тока в цепи 200 А. (Uг = 40 В, Uап = 38,5 В)
2.10.4 От генератора с ЭДС 250 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом необходимо протянуть к потребителю двухпроводную линию длиной 100 м. Какая масса алюминия пойдет на изготовление подводящих проводов, если максимальная мощность потребителя 22 кВт и он рассчитан на напряжение 220В? (т = 15 кг)
2.10.5 Генератор питает 50 ламп сопротивление 300 Ом каждая, соединенных параллельно. Напряжение на зажимах генератора 128 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом, а сопротивление подводящей линии 0,4 Ом. Найти силу тока в линии и ЭДС генератора. (I = 20 А, ℰ = 130 В)
2.10.6 ЭДС батареи 30 В. Наибольшая сила тока, которую может дать батарея Imax = 12 А. Определить максимальную мощность Рmax, которая может выделяться во внешней цепи. (Рmax = 90 Вт)
2.10.7 От генератора с ЭДС 40 В и внутренним сопротивлением 40 мОм поступает ток по медному кабелю площадью поперечного сечения 170 мм2 к месту электросварки, удаленному от генератора на 50 м. Какова мощность сварочной дуги, если сила тока в цепи 200 А. (Р = 6 кВт)
2.10.8 60 ламп, соединенные параллельно, сопротивлением по 300 Ом каждая, питаются от генератора через подводящую линию сопротивлением 0,6 Ом. Напряжение на зажимах генератора 140 В, его внутреннее сопротивление 0,2 Ом. Найти напряжение на лампах, потери напряжения на подводящей линии и ЭДС генератора. (Uл = 125 В, Uпр = 15 В, ℰ = 145 В)
2.10.9 Лампочки, сопротивления которых 30 Ом и 120 Ом поочередно подключены к источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника и КПД в цепи в каждом случае. При подключении какой лампочки напряжение на зажимах источника тока наибольшее? (r = 60 Ом, h1 = 33%, h2 = 67%, U2 = 2U1)
2.10.10 Для передачи мощности 100 кВт к потребителю под напряжением 6 кВ была изготовлена двухпроводная линия электропередачи, на которую потребовалось 3 т меди. Какова длина линии, если потери на нагревание проводов на ней не должно превышать 2%. (ℓ = 5,97 км)
2.10.11 Перфоратор мощностью 710 Вт при напряжении 220 В потребляет ток 3,5 А. Определить потребляемую электрическую мощность Р0, потреи энергии в обмотке Wпот за 5 мин работы и сопротивление обмотки R. (Р0= 770 Вт, Wпот = 18 кДж, R = 5 Ом)
2.10.12 Генератор питает 40 ламп сопротивлением 240 Ом каждая, соединенных параллельно. Напряжение на зажимах генератора 248 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом, а сопротивление подводящей линии 0,2 Ом. Найти полезную мощность, потерю мощности на внутреннем сопротивлении генератора и на подводящих проводах. (Рполез = 9,6 кВт, Рпот. ген = 160 Вт, Рпот. пров = 320 Вт)
2.10.13 Мощность электродрели 695 Вт. При работе от сети с напряжением 220 В потери электрической энергии составляют 8%. Определить силу тока I в цепи, потребляемую электрическую мощность Р0 и сопротивление обмотки Rоб. Считать, что потери энергии в основном происходят в обмотке. (I = 3,4 А, Р0 = 755 Вт, Rоб = 5 Ом)
2.10.14 Под каким напряжением нужно передавать электрическую энергию постоянного тока на расстояние 5 км, чтобы при плотности тока j = 2,5×105 А/м в медных проводах двухпроводной линии электропередачи потери в линии составили один процент от передаваемой мощности? (U = 4,25 кВ)
2.10.15 От источника с напряжением 100 кВ требуется передать на расстояние 5 км мощность 5 МВт. Допустимая потеря напряжения в проводах один процент. Рассчитать минимальное сечение медного провода, пригодного для этой цели. (S ≈ 8,5 мм2)
2.10.16 Трамвай массой 22,5 т идет сначала по горизонтальному пути, а затем в гору с уклоном 0,03. В первом случает сила тока в двигателе 60 А, а во втором – 118 А. Найти скорости трамвая в двух случаях, если коэффициент сопротивления движению 0,01, напряжение в линии 500 В, КПД двигателя и передачи 75%. (v1 = 36 км/ч, v2 = 18 км/ч)
2.10.17 Электрический чайник имеет две обмотки. При включении одной из них вода в чайнике закипает через 15 мин, при включении другой – через 30 мин. Через сколько времени закипает вода в чайнике при включении двух обмоток последовательно? (t = 45 мин)
2.10.18 Источник тока с ЭДС 15 В и внутренним сопротивлением 2 Ом питает через реостат четыре параллельно соединенные лампочки, рассчитанные на напряжение 6,4 В и силу тока 0,4 А. Реостат поставлен в такое положение, что лампочки работают в номинальном режиме. Определить мощность, потребляемую каждой лампой и КПД цепи. (Р12 = 2,56 Вт, h = 43%)
2.10.19 Источник тока с внутренним сопротивление r и ЭДС ℰ замкнут на четыре резистора с сопротивлениями 4r каждый, соединенных последовательно. Во сколько раз изменится полезная мощность, если резисторы соединить параллельно? (мощность возрастет в 4,5 раз)
2.10.20 Электрический чайник имеет две обмотки. При включении одной из них вода в чайнике закипает через 15 мин, при включении другой – через 30 мин. Через сколько времени закипит вода в чайнике, если включить две обмотки параллельно. (t = 10 мин)
2.10.21 Требуется передать мощность 100 кВт на расстояние 7,5 км, причем потери на нагревание проводов не должны превышать 3% потребляемой энергии. Какова масса медных проводов, если ток передается под напряжением 2 кВ? (т = 28 т)
2.10.22 Электродрель мощностью 580 Вт при напряжении 220 В потребляет ток I = 3 А. Определить потребляемую дрелью электрическую энергию W0 за 5 мин работы, КПД дрели и потери энергии Wпот. (W0 = 198 кДж, h = 87,9%, Wпот = 24 кДж)
2.10.23 Электромотор питается от сети с напряжением 220 В потребляя ток 10 А. КПД мотора 82%. Определить сопротивление обмотки мотора и потребляемую мощность (Rоб = 3,96 Ом, Рпотр = 2,2 кВт)
2.10.24 Источник тока с ЭДС 9 В и внутренним сопротивлением 1 Ом питает через реостат три параллельно соединенные лампочки, рассчитанные на напряжение 6,3 В и силу тока 0,3 А. Реостат поставлен в такое положение, что лампочки работают в номинальном режиме. Одна из лампочек перегорела. Во сколько раз изменилась мощность каждой из двух оставшихся лампочек по сравнению с номинальной? (увеличилась в 1,23 раза)
2.10.25 Два чайника, каждый из которых потребляет при напряжении 220 В мощность 600 Вт закипает при последовательном и параллельном включении за одно и то же время. Чему равно сопротивление подводящих проводов. (Rпр = 80,7 Ом)
Список рекомендуемой литературы
1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. - 11-е изд., стер. / Т.И. Трофимова. – М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 558 с.
2. Детлаф, А.А. Курс физики: учеб. пособие для студ. втузов. - 6-е изд., стер. / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. - М.: Изд. центр «Академия», 2007. – 719 с.
3. Яворский, Б.М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – 3-е изд., испр. – М.: Наука, 1990. – 624 с.
4. Физика. Механика. Методические указания по выполнению расчётно-графической работы для студентов инженерно-технических специальностей. / Брянск. гос. технол. акад. Сост. Е.А. Вощукова. – Брянск: БГИТА, 2001. – 15 с.
5. Физика. Молекулярная физика и термодинамика. Сборник методических указаний по выполнению расчётно-графической работы (молекулярная физика и термодинамика) для студентов инженерно-технических специальностей. / Брянск. гос. технол. акад. Сост. Ю.А. Ивашкин, М.Д. Преженцев. – Брянск: БГИТА, 2001. – 20 с.
6. Механика. Сборник методических указаний для самостоятельной работы студентов БГИТА дневного и заочного обучения. / Брянск. гос. технол. акад. Сост. М.Д. Преженцев, О.В. Рогазинская. – Брянск: БГИТА, 2005. – 66 с.
7. Молекулярная физика и термодинамика. Сборник методических указаний для самостоятельной работы студентов БГИТА дневного и заочного обучения. / Брянск. гос. технол. акад. Сост. В.А. Матанцева, Л.М. Притыченко. – Брянск: БГИТА, 2005. – 33 с.
8. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики: для втузов / В. С. Волькенштейн. – 3-е изд., испр. и доп. – СПб.: Кн. мир, 2007. – 327 с.
9. Трофимова, Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова, З. Г. Павлова. – 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2006. – 591 с.
Бабкова Элеонора Васильевна
Вощукова Елена Анатольевна
Ушакова Тамара Иосифовна
ФИЗИКА
Задания к расчетно-графическим работам №1 и №2
для студентов инженерно-технических направлений