Prąd elektryczny reprezentuje ilość ładunku, który przechodzi przez przewodnik w jednostce czasu. Jednostką prądu elektrycznego w systemie międzynarodowym jest amper (A).
W obliczeniach obwodów elektrycznych często musimy obliczyć prąd przepływający przez ich zaciski. Będąc bardzo wymagającą treścią na egzaminach wstępnych na studia.
Nie przegap więc okazji, aby sprawdzić swoją wiedzę, próbując poniższych ćwiczeń i postępując zgodnie z proponowanymi rozwiązaniami.
Rozwiązane i skomentowane problemy
1) UERJ - 2019
Identyczne oporniki omowe zostały połączone w cztery różne obwody i poddane temu samemu napięciu UA, B. Spójrz na schematy:
W tych warunkach prąd elektryczny o mniejszym natężeniu ustala się w następującym obwodzie:
tam
b) II
c) III
d) IV
Ponieważ rezystory są omowe, możemy zastosować prawo Ohma w 4 proponowanych obwodach, tj.:
UA, B = Rrówn.ja
Analizując tę zależność, dochodzimy do wniosku, że jeśli napięcie na zaciskach AB jest takie samo dla wszystkich obwodów, to ten o najwyższej równoważnej rezystancji będzie miał mniejszy prąd.
Dlatego musimy obliczyć równoważny opór w każdym obwodzie.
I) Mamy cztery oporniki połączone równolegle. W ten sposób równoważny opór można znaleźć, wykonując:
II) W tym obwodzie rezystory są połączone szeregowo i równolegle (skojarzenie mieszane). Mamy trzy gałęzie, z dwoma opornikami połączonymi szeregowo w każdej gałęzi.
Zaczynamy od znalezienia równoważnego oporu szeregu. Więc mamy:
W ten sposób obwód można zastąpić układem równoległym, z rezystorem 2R w każdej z 3 gałęzi.
Możemy teraz obliczyć równoważną rezystancję skojarzenia równoległego, która będzie równoważną rezystancją obwodu:
III) Jest to również obwód mieszany, z dwoma opornikami połączonymi równolegle i szeregowo z trzecim opornikiem.
Znajdując równoważny opór równoleżnika, mamy:
Równoważną rezystancję obwodu znajduje się przez dodanie równoważnej rezystancji równoległej do rezystancji R, więc mamy:
IV) Mamy teraz trzy rezystory szeregowe połączone równolegle z dwoma innymi rezystorami szeregowymi. Najpierw znajdźmy równoważny opór każdej serii:
Teraz znajdziemy równoważną rezystancję obwodu, obliczając równoważną rezystancję równoleżnika:
Teraz, gdy znaleźliśmy równoważne rezystancje dla każdego obwodu, musimy określić, który jest największy. Istota:
Dochodzimy do wniosku, że w obwodzie III, który ma największą rezystancję, będziemy mieli najmniejsze natężenie prądu.
Alternatywnie: c) III
Niektóre ryby, takie jak poraquê, węgorz elektryczny z Amazonii, mogą wytwarzać prąd elektryczny, gdy znajdują się w niebezpieczeństwie. Zagrożona wieprzowina o długości 1 metra wytwarza prąd o natężeniu około 2 amperów i napięciu 600 woltów.
Tabela pokazuje przybliżoną moc sprzętu elektrycznego.
Sprzęt elektryczny, który ma moc podobną do tej wytwarzanej przez tę zagrożoną rybę, to
a) Wentylator wyciągowy.
b) komputer.
c) odkurzacz.
d) grill elektryczny.
e) suszarka do ubrań.
Najpierw musimy dowiedzieć się, jaka jest wartość potencji wytwarzanej przez rybę, do tego posłużymy się wzorem na potencję i podstawimy podane wartości:
Porównując z danymi w tabeli, stwierdziliśmy, że ta moc odpowiada grillowi elektrycznemu.
Alternatywa: d) grill elektryczny.
W obwodzie elektrycznym dwa identyczne rezystory o rezystancji R są zainstalowane równolegle i połączone szeregowo z baterią i trzecim rezystorem, identycznym jak poprzednie. W tej konfiguracji prąd płynący przez obwód wynosi I0. Przy wymianie tego trzeciego rezystora szeregowo na inny rezystor 2R, nowy prąd w obwodzie będzie
tam0
b) 3I0/5
c) 3I0/4
d) ja0/2
Hej0/4
W pierwszej sytuacji równoważny opór będzie wyrażony wzorem:
W drugiej sytuacji rezystancja rezystora szeregowo zmienia się na 2R, więc równoważna rezystancja w tej nowej sytuacji będzie równa:
Ponieważ nie zmieniła się wartość baterii zasilającej obwód, napięcie jest takie samo w obu sytuacjach. Biorąc pod uwagę prawo Ohma, mamy następujące równości:
Alternatywnie: b) 3I0/5
W niektórych domach ogrodzenia pod napięciem są używane, aby powstrzymać potencjalnych intruzów. Ogrodzenie pod napięciem działa przy różnicy potencjałów elektrycznych około 10 000 V. Aby nie był śmiertelny, prąd, który może przenosić się przez osobę, nie może być większy niż 0,01 A. Opór elektryczny ciała między dłońmi a stopami człowieka jest rzędu 1000 .
Aby prąd nie był zabójczy dla osoby dotykającej naelektryzowanego ogrodzenia, generator napięcia musi mieć wewnętrzną rezystancję, która w stosunku do ludzkiego ciała wynosi:
a) praktycznie zerowy.
b) w przybliżeniu równe.
c) tysiące razy większe.
d) rzędu 10 razy większe.
e) rzędu 10 razy mniejsze.
W tym pytaniu użyjemy równania generatora, ponieważ chcemy porównać wewnętrzny opór generatora z oporem ludzkiego ciała. To równanie jest podane przez:
Istota:
U: różnica potencjałów obwodu (V)
ε: siła elektromotoryczna (V)
r: rezystancja wewnętrzna generatora (Ω)
i: prąd (A)
Wartość U można znaleźć za pomocą prawa Ohma, tj. U = R.i. Zauważ, że ta rezystancja jest rezystancją obwodu, która w tym przypadku jest równa rezystancji ciała.
Podstawiając wartości problemowe w równaniu generatora, otrzymujemy:
Teraz musimy dowiedzieć się, ile razy opór wewnętrzny generatora musi być większy niż opór organizmu. W tym celu podzielmy jedno przez drugie, czyli:
Dlatego opór wewnętrzny generatora powinien być około 1000 razy większy niż opór ciała osoby.
Alternatywa: c) tysiące razy większa.
W schematyczny obwód połączono trzy identyczne lampy. Akumulator ma znikomą rezystancję wewnętrzną, a przewody mają zerową rezystancję. Technik wykonał analizę obwodu, aby przewidzieć prąd elektryczny w punktach: A, B, C, D i E; i nazwałem te prądy ITEN, JAb, JADO, JAre HejI, odpowiednio.
Technik doszedł do wniosku, że łańcuchy o tej samej wartości są value
tamTEN = II HejDO = Ire.
b) jaTEN = Ib = II HejDO = Ire.
c) jaTEN = Ib, tylko.
d) jaTEN = Ib = II, tylko.
HejDO = Ib, tylko.
Na poniższym schemacie przedstawiamy prądy płynące przez różne gałęzie obwodu.
Zgodnie ze schematem obserwujemy, że jaTEN Hejb są takie same i jado Hejre są również takie same.
Alternatywnie: a) ITEN = II HejDO = Ire
6) Enem PPL - 2016
Porażenie prądem to uczucie spowodowane przepływem prądu elektrycznego przez ciało. Konsekwencje szoku sięgają od zwykłego przerażenia po śmierć. Obieg ładunków elektrycznych zależy od rezystancji materiału. W przypadku ludzkiego ciała rezystancja ta waha się od 1000 Ω, gdy skóra jest mokra, do 100 000 Ω, gdy skóra jest sucha. Człowiek boso, myjąc dom wodą, zmoczył sobie nogi i przypadkowo nadepnął na goły drut, doznając wyładowania elektrycznego o napięciu 120 V.
Jakie jest maksymalne natężenie prądu elektrycznego, który przepływa przez ciało osoby?
a) 1,2 mA
b) 120 mA
c) 8,3 A
d) 833 A
e) 120 kA
Chcemy odkryć maksymalny prąd płynący przez ciało człowieka. Zauważ, że mamy dwie wartości oporu, jedną dla suchego ciała i jedną dla mokrego ciała.
Maksymalny prąd, ponieważ osoba znajduje się w mokrym ciele, zostanie wyznaczony biorąc pod uwagę minimalną wartość podaną dla rezystancji, tj. 1000 Ω.
Biorąc pod uwagę tę wartość, zastosujmy prawo Ohma:
Alternatywnie: b) 120 mA
7) Fuvest - 2010
Pomiary elektryczne wskazują, że powierzchnia Ziemi ma całkowity ujemny ładunek elektryczny około 600 000 kulombów. Podczas burz, promienie naładowane dodatnio, chociaż rzadkie, mogą dotrzeć do powierzchni ziemi. Prąd elektryczny tych promieni może osiągać wartości do 300 000 A. Jaki ułamek całkowitego ładunku elektrycznego Ziemi może zostać przesunięty o promień 300 000 A i czas trwania 0,5 s?
a) 1/2
b) 1/3
c) 1/4
d) 1/10
e) 1/20
Aktualną wartość ustalamy stosując następujący wzór:
Istota:
i: prąd (A)
P: ładunek elektryczny (C)
Δt: przedział(y) czasu
Zastępując wskazane wartości, znajdujemy:
Aby poznać ułamek całkowitego ładunku elektrycznego Ziemi, który może być skompensowany przez promień, zróbmy następujący powód:
Alternatywnie: c) 1/4
Aby dowiedzieć się więcej, zobacz także:
- Stowarzyszenie Rezystorów - Ćwiczenia
- Stowarzyszenie Trenerów
- Wzory fizyki
