- Задача о лампах
Дано:
- Мощности ламп: P1 = 50 Вт, P2 = 50 Вт, P3 = 25 Вт
- Напряжение, на которое рассчитаны лампы: U = 110 В
- Напряжение источника: U_source = 220 В
Найти:
- Мощность, выделяющаяся на третьей лампе (P3).
Решение:
Поскольку лампы соединены последовательно, общий ток (I) в цепи будет одинаковым для всех ламп. В этом случае, прежде чем найти мощность на третьей лампе, необходимо рассчитать эквивалентное сопротивление (R_eq) всей цепи.
Сопротивление каждой лампы можно найти по формуле:
[ R = \frac{U^2}{P} ]
Для каждой лампы:
[ R_1 = \frac{110^2}{50} = \frac{12100}{50} = 242 , \Omega ]
- Для второй лампы (R2) будет аналогично:
[ R_2 = 242 , \Omega ]
[ R_3 = \frac{110^2}{25} = \frac{12100}{25} = 484 , \Omega ]
Теперь находим общее сопротивление цепи:
[ R_{eq} = R_1 + R_2 + R_3 = 242 + 242 + 484 = 968 , \Omega ]
Следующим шагом находим ток в цепи, используя закон Ома:
[ I = \frac{U_{source}}{R_{eq}} = \frac{220}{968} \approx 0.227 , A ]
Теперь необходимо найти мощность, выделяющуюся на третьей лампе, используя формулу:
[ P_3 = I^2 \times R_3 ]
[ P_3 = (0.227)^2 \times 484 \approx 24.01 , W ]
Таким образом, мощность, выделяющаяся на третьей лампе, составляет approximately 24 Вт.
- Задача о электроплитке
Дано:
- Время закипания воды с тремя спиралями при последовательном соединении: t = 36 минут.
- Сопротивление каждой спирали не зависит от условий работы.
Найти:
- Время закипания воды с тремя спиралями при параллельном соединении.
Решение:
Сопротивление каждой спIRAli можно обозначить как R. При последовательном соединении общее сопротивление (R_seq):
[ R_{seq} = R + R + R = 3R ]
Когда три спирали подключены к источнику с заданным напряжением (U), ток (I_seq) можно определить по закону Ома:
[ I_{seq} = \frac{U}{R_{seq}} = \frac{U}{3R} ]
При параллельном соединении общее сопротивление (R_par):
[ R_{par} = \frac{R}{3} ]
Ток (I_par):
[ I_{par} = \frac{U}{R_{par}} = \frac{U}{\frac{R}{3}} = \frac{3U}{R} ]
Сравнивая мощности, поскольку мощность (P) связана с током (I):
[ P_{seq} = I_{seq}^2 \cdot R_{seq} ]
[ P_{par} = I_{par}^2 \cdot R_{par} ]
Если рассмотреть, что мощность при использовании всех спиралей в параллели будет в 9 раз больше (так как ток увеличивается в 3 раза):
Таким образом, отношение времени закипания:
[ \frac{t_{par}}{t_{seq}} = \frac{1}{9} ]
Зная, что время закипания при последовательном соединении составляет 36 мин:
[ t_{par} = \frac{36}{9} = 4 , минут ]
Время закипания той же массы воды при параллельном соединении равно 4 минуты.
Таким образом, в случае подключения спиралей параллельно, вода закипит за 4 минуты.