Задание №14 — Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

#68470Задание №14ФИПИ

Закон Ома для участка цепиМощность электрического тока

При нагревании спирали лампы накаливания протекающим по ней электрическим током основная часть подводимой энергии теряется в виде теплового излучения. На рисунке изображены графики зависимости мощности тепловых потерь лампы от температуры спирали $P = P \left(T\right)$ и силы тока от приложенного напряжения $I = I \left(U\right) .$

undefined
Выберите все верные утверждения, которые можно сделать, анализируя эти графики.

1) С уменьшением приложенного напряжения температура спирали уменьшается пропорционально мощности.
2) При напряжении 100 В сопротивление спирали лампы равно 50 Ом.
3) Сопротивление спирали лампы постоянно и не зависит от температуры.
4) Температура спирали лампы при приложенном напряжении U = 120 В меньше 3600 К.
5) С увеличением силы протекающего тока температура спирали увеличивается.

Правильный ответ

Пояснение

Решение:

Мощность, потребляемая лампой, $P = UI$ ; в установившемся режиме она равна мощности тепловых потерь, которая по левому графику быстро и нелинейно растёт с температурой спирали.

1) График $P\left(T\right)$ — не прямая линия, поэтому температура не пропорциональна мощности — неверно.

2) По правому графику при $U = 100\ \text{В}$ сила тока $I = 2{,}0\ \text{А}$ , тогда по закону Ома для участка цепи

$R = \frac{U}{I} = \frac{100\ \text{В}}{2{,}0\ \text{А}} = 50\ \text{Ом}$

— верно.

3) График $I\left(U\right)$ не является прямой, проходящей через начало координат: при $U = 50\ \text{В}$ ток $I \approx 1{,}4\ \text{А}$ и $R \approx 36\ \text{Ом}$ , а при $U = 150\ \text{В}$ ток $I \approx 2{,}5\ \text{А}$ и $R = 60\ \text{Ом}$ . Значит, сопротивление растёт вместе с температурой — неверно.

4) При $U = 120\ \text{В}$ по графику $I \approx 2{,}2\ \text{А}$ , поэтому $P = UI \approx 120\ \text{В} \cdot 2{,}2\ \text{А} \approx 264\ \text{Вт}$ . По левому графику температуре 3600 К соответствует мощность потерь около 210 Вт, то есть меньше 264 Вт. Значит, температура спирали при 120 В больше 3600 К — неверно.

5) С увеличением силы тока по графику $I\left(U\right)$ растёт и напряжение, значит растёт мощность $P = UI$ , а вместе с ней по графику $P\left(T\right)$ растёт и температура спирали — верно.

Ответ: 25