ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΙΣΧΥΣ Οι ασκήσεις που αναφέρονται στο νόµο του Τζάουλ είναι απλή εφαρµογή στον τύπο. Για τη λύση των ασκήσεων θα ακολουθούµε τα εξής βήµατα: i) ιαβάζουµε προσεκτικά την εκφώνηση της άσκησης, γράφουµε τα δεδοµένα και τα ζητούµενα. ii) Συµβολίζουµε τα δεδοµένα και τα ζητούµενα µε τα αντίστοιχα σύµβολα που έχουµε στον τύπο και κάνουµε τις µετατροπές µονάδων στο σύστηµα S.. iii) Εφαρµόζουµε τον τύπο λυµένο ως προς το κατάλληλο µέγεθος. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ Μετά τη λύση του παραδείγµατος 1 του σχολικού βιβλίου να διαβάσετε τα παραδείγµατα 1,, 3 και 4 που ακολουθούν. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 ο Ένας αντιστάτης µε αντίσταση = 10 είναι συνδεδεµένος σε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωµα. Ο αντιστάτης διαρρέεται από ρεύµα Ι = Α για χρόνο t = 1 h. Να υπολογίσετε τη θερµότητα που αποβάλλει ο αντιστάτης στο περιβάλλον. 1 h= 60 min= 60 60 3600 10 3600= 4 10 3600= 144.000 Joule ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ο Αντιστάτης µε αντίσταση = 5 είναι συνδεδεµένος σε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωµα και σε χρόνο t = min αποβάλλει ενέργεια στο περιβάλλον υπό µορφή θερµότητας ίση µε Q = 400 Joule. Να υπολογίσετε την ένταση του ρεύµατος που διαρρέει το ηλεκτρικό κύκλωµα. min= 60 10 400= 4 5 10 400= 600 400 = 600 = 4
ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 3 ο Ένας αντιστάτης είναι συνδεδεµένος σε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωµα και διαρρέεται από ρεύµα Ι = 4 Α σε χρόνο t = 10 min. Αν ο αντιστάτης αποβάλλει ενέργεια στο περιβάλλον υπό µορφή θερµότητας ίση µε Q = 96.000 Joule να υπολογίσετε την αντίστασή του. 10 min = 10.60 = 600 4 600 16 600 9600 96000 10 9600 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 4 ο Ένας θερµοσίφωνας έχει αντίσταση = 70 και ζεσταίνει ποσότητα νερού ίση µε m = 40 Kgr. Η θερµοκρασία του νερού αυξάνεται κατά 50 0 C σε χρόνο t = 0 min. Αν ο θερµοσίφωνας είναι συνδεδεµένος µε πηγή σταθερής τάσης να υπολογίσετε α) την ποσότητα του νερού που απορροφά το νερό για να θερµανθεί και β) την ένταση του ρεύµατος που διαρρέει την αντίσταση του θερµοσίφωνα. ίνεται η ειδική θερµότητα του νερού 400 Joule/Kgr. 0 C. 0 min= 0 60 100 Εφαρµόζουµε το γνωστό νόµο της θερµιδοµετρίας και έχουµε Q = m c θ = 40 400 50= 8.400.000 Από το νόµο του Τζάουλ έχουµε 8.400.000 = 84.000 = 100 Joule 8.400.000= 70 100 8.400.000= 84.000 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΥΣΚΕΥΗΣ 100 10 H ισχύς που παρέχει η πηγή σ' ένα κύκλωμα δίνεται από τη σχέση ενέργεια που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα δίνεται από τη σχέση Wπηγ = V t. πηγ = V, ενώ η
Η ισχύς που δαπανάται στην αντίσταση του κυκλώματος (εξωτερική ή εσωτερική) δίνεται από τη σχέση = ενώ η ενέργεια που δαπανάται στην αντίσταση του κυκλώματος μετατρέπεται σε θερμότητα και δίνεται από τη σχέση W = t. Όταν δίνονται τα στοιχεία µιας συσκευής (ισχύς, τάση) τότε υπολογίζουµε από αυτά υποχρεωτικά την αντίσταση της συσκευής µε βάση τη σχέση V Εάν η άσκηση µας λέει ότι η συσκευή λειτουργεί κανονικά (δηλαδή περνά το µέγιστο ρεύµα) µόνο τότε µπορούµε να υπολογίσουµε την ένταση του ρεύµατος από τα στοιχεία της σύµφωνα µε τη σχέση V ΑΠΟ ΟΣΗ ΜΗΧΑΝΗΣ Σύµφωνα µε την αρχή διατήρησης της ενέργειας όταν µια µηχανή µετατρέπει µια µορφή ενέργειας σε µια άλλη η ολική ενέργεια διατηρείται. Κατά τη µετατροπή της ενέργειας από τη µια µορφή σε άλλη, η χρήσιµη (ωφέλιµη) ενέργεια είναι πάντοτε µικρότερη της ενέργειας που προσφέρεται αρχικά. Η προσφερόµενη ενέργεια είναι πάντοτε ίση µε το άθροισµα της χρήσιµης (ωφέλιµης) ενέργειας και της ενέργειας που χάνεται µε τη µορφή θερµικής ενέργειας. Η απόδοση µιας µηχανής ορίζεται σαν το πηλίκο της χρήσιµης (ωφέλιµης) ενέργειας προς την προσφερόµενη ενέργεια. ηλαδή Eχρήσιµη n =, E προσφερόµενη = Eχρήσιµη+ Eθερµότητας E προσφερ Οι πιο πάνω σχέσεις εφαρµόζονται και µε την ισχύ δηλαδή χρήσιµη n =, προσφερόµενη = χρήσιµη+ θερµότητας προσφερ Οι ασκήσεις που αναφέρονται στην ισχύ του ηλεκτρικού ρεύµατος είναι απλή εφαρµογή στον τύπο. Για τη λύση των ασκήσεων θα ακολουθούµε τα εξής βήµατα: i) ιαβάζουµε προσεκτικά την εκφώνηση της άσκησης, γράφουµε τα δεδοµένα και τα ζητούµενα. ii) Συµβολίζουµε τα δεδοµένα και τα ζητούµενα µε τα αντίστοιχα σύµβολα που έχουµε στον τύπο και κάνουµε τις µετατροπές µονάδων στο σύστηµα S..
iii) Εφαρµόζουµε τον τύπο λυµένο ως προς το κατάλληλο µέγεθος. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ Να διαβάσετε τα παραδείγµατα 1, και 3 που ακολουθούν. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 ο Μια ηλεκτρική συσκευή έχει ενδείξεις «0V, 880W». α) Να υπολογίσετε την ένταση του ρεύµατος που διαρρέει τη συσκευή όταν λειτουργεί κανονικά. β) Συνδέουµε τη συσκευή σε σειρά µε αντιστάτη που έχει αντίσταση = 55 και στη συνέχεια τοποθετούµε το δίπολο των αντιστατών σε δίκτυο τάσης 330 Volt. Να εξετάσετε αν η συσκευή θα λειτουργεί κανονικά. α) Από τις ενδείξεις της συσκευής υπολογίζουµε το µέγιστο ρεύµα που τη διαρ- ρέει. 880 = V 880= 0 = 4 0 β) Στη συνέχεια από το νόµο του µ υπολογίζουµε την αντίστασή της. V 0 0 = 4= 4 0 = 55 4 Οι δύο αντιστάτες συνδέονται σε σειρά. Εποµένως η ολική αντίσταση του κυκλώµατος είναι ίση µε = 1 + = 55+ 55= 110 Εποµένως το ρεύµα που διαρρέει το κύκλωµα είναι ίσο µε V 330 = = 3 110 Εποµένως το ρεύµα που διαρρέει τώρα τη συσκευή είναι µικρότερο από το ρεύµα κανονικής λειτουργίας. Άρα η συσκευή δε λειτουργεί κανονικά. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ο Το λαµπάκι ενός φακού έχει στοιχεία 3,8 Volt και 0, Α. Να υπολογίσετε α) την αντίσταση που έχει όταν φωτοβολεί κανονικά β) την ισχύ του γ) το φορτίο που θα περάσει σε 10 min και δ) την ενέργεια που δαπανά σε 10 min
10 min= 10 60 600 α) Από το νόµο του µ υπολογίζουµε την αντίσταση V 3,8 3,8 = 0,= 0, 3,8 = 19 0, β) Η ισχύς του φακού είναι = V 3,8 0,= 0,76 W γ) Το φορτίο που θα περάσει από το κύκλωµα του φακού σε 10 min είναι q = 0, 600= 10 Cb δ) Η ενέργεια που δαπανά ο φακός σε 10 min είναι ίση µε E = V 3,8 0, 600= 456 Joule.