درسنامه آموزشی دانش فنی پایه کلاس دهم الکتروتکنیک
پودمان 2: کار و توان الکتریکی
واحد یادگیری 4: مقاومت الکتریکی
مقاومت الکتریکی
مقاومت الکتریکی عبارت است از مخالفتی که اجسام در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود نشان میدهند. هادیها نسبت به عایقها جریان الکتریکی را به راحتی از خود عبور میدهند و مقاومت زیادی از خود نشان نمیدهند.
در حدود سالهای 1800 یک دانشمند آلمانی به نام گئورگ سیمون اهم آزمایشهایی در مورد مدارها و هادیها انجام داد و نکات مهمی را در مورد ماهیت مقاومت الکتریکی کشف کرد. برای قدردانی از این شخص، واحد مقاومت به نام اهم نامیده شده است (شکل 1).
مقاومت الکتریکی مخصوص
مقاومت الکتریکی مخصوص، مقاومت الکتریکی جسمی به طول یکمتر با سطح مقطع یک میلیمترمربع است. آن را با حرف $\rho $ نشانمیدهند. مقاومت الکتریکی مخصوص چند فلز در مقایسه با مس در (شکل 2 الف) نشان داده شده است.
عکس مقاومت الکتریکی مخصوص را هدایت الکتریکی نشان میدهند، هدایت الکتریکی مخصوص گویند و با $\kappa $ نشان میدهند. هدایت الکتریکی مخصوص چند فلز در مقایسه با مس در (شکل 2- ب) نشان داده شده است. بین مقاومت الکتریکی مخصوص با هدایت الکتریکی مخصوص رابطه زیر برقرار است.
$\rho = \frac{1}{\kappa }$
که در این رابطه:
$\rho $ مقاومت الکتریکی مخصوص $\left[ {\frac{{\Omega m{m^2}}}{m}} \right]$
$\kappa $ هدایت الکتریکی مخصوص $\left[ {\frac{m}{{\Omega m{m^2}}}} \right]$
عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی
عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی هادیها عبارت اند از:
- سطح مقطع هادی
- طول هادی
- جنس هادی
تأثیر سطح مقطع هادی بر مقاومت الکتریکی:
مقدار جریان الکتریکی به تعداد الکترونهای آزاد موجود در سیم بستگی دارد؛ بنابراین با افزایش سطح مقطع هادی تعداد الکترونهای آزاد بیشتر میشود. تا مقدار بیشتری جریان الکتریکی بتواند از آن عبور کند.
یک قطعه مس به ارتفاع 2 و عرض 1 سانتیمتر در محل اندازهگیری جریان الکتریکی دو برابر قطعه مسی به ارتفاع 1 و عرض 1 سانتیمتر الکترون آزاد قابل دسترسی دارد. پس مس به ارتفاع دو برابر، دو بار بیشتر جریان را هدایت میکند. چنانچه پهنای قطعه مسی که به کار میبرید دو برابر باشد، قابلیت هدایت آن دو برابر و مقاومت آن نصف میشود (شکل 3)
(شکل 4) تغییرات مقاومت نسبت به سطح مقطع هادی را نمایش میدهد. طبق این نمودار هر قدر سطح مقطع افزایش پیدا میکند، مقاومت الکتریکی کمتر میشود.
|
|
تأثیر طول هادی بر مقاومت الکتریکی:
در یک قطعه هادی بلند، تعداد بیشتری الکترون آزاد وجود دارد ولی الکترونهای آزاد اضافی در طول سیم، در اندازهگیری جریان الکتریکی داخل نمیشوند. در واقع هر طول معین از هادی، مقدار معینی مقاومت الکتریکی دارد و هرچه سیم طویلتر باشد، مقاومت الکتریکی آن نیز بیشتر است.
(شکل 5) تغییرات مقاومت برحسب طول هادی را نشان میدهد. طبق این نمودار هرقدر طول هادی زیاد شود، مقاومت الکتریکی افزایش مییابد.
رابطه مقاومتالکتریکی هادی:
اگر طول یک سیم (L) را زیاد کنیم، مقاومت آن زیاد میشود و برعکس، اگر طول سیم را کم کنیم، مقاومت آن کم میشود.
اگر طول سیم را مثلاً دوبرابر کنیم، مقاومت آن را دو برابر کردهایم، پس مقاومت یک سیم با طول آن نسبت مستقیم دارد. (شکل 6)
همچنین میتوان با اضافه کردن سطح مقطع (A) مقاومت را کم کرد و با کمکردن سطح مقطع بر مقاومت افزود. اگر سطح مقطع سیم را دو برابر کنیم، مقاومت آن نصف میشود. در نتیجه میگوییم مقاومت با سطح مقطع نسبت عکس دارد (شکل 7)
اگر طول سیم دوبرابر و سطح مقطع آن دو برابر شود، مقاومت الکتریکی نسبت به وضعیت قبلی تغییر نخواهد کرد (شکل 8)
مقاومت الکتریکی مخصوص و هدایت الکتریکی مخصوص به جنس هادی بستگی دارد؛ از رابطه زیر مقاومت الکتریکی رسانا به دست میآید.
$R = \rho \frac{L}{A}$ یا $R = \frac{L}{{\kappa .A}}$
در این رابطه:
R مقاومت الکتریکی سیم بر حسب اهم $\left[ \Omega \right]$
L طول سیم بر حسب متر $\left[ m \right]$
A سطح مقطع سیم بر حسب میلیمتر مربع $\left[ {m{m^2}} \right]$
$\rho $ مقاومت الکتریکی مخصوص بر حسب $\frac{{\Omega m{m^2}}}{m}$
$\kappa $ هدایت الکتریکی مخصوص بر حسب $\frac{m}{{\Omega m{m^2}}}$
اثر حرارت بر مقاومت الکتریکی
آنچه در مورد مقاومت گفته شد، همه در دمای اتاق صادق است. در دماهای کمتر یا بیشتر، مقدار مقاومت کلیه فلزات تغییر میکند. تغییر مقاومت بر اثر حرارت در فلزات مختلف متفاوت است، تغییرات واحد مقاومت الکتریکی به ازای یک درجه سانتیگراد را ضریب حرارتی میگویند و آن را با ($\alpha $) نمایش میدهند، برای مثال اگر $\alpha = 0/004$ باشد یعنی اینکه واحد مقاومت آن جسم به ازای یک درجه سانتیگراد 0/004 اهم افزایش یا کاهش مییابد. اگر مقاومت الکتریکی جسمی بر اثر حرارت افزایش یابد، ضریب حرارتی ($\alpha $) مثبت و در صورت کاهش مقاومت، ضریب حرارتی ($\alpha $) منفی خواهدبود. در مورد اول، فلز را PTC و در مورد دوم NTC مینامند.
مقاومت الکتریکی رسانا در اثر تغییر دما از رابطه زیر به دست میآید:
$R = {R_0}(1 + a\Delta \theta )$
که در این رابطه:
${R_0}$ مقاومت اولیه رسانا بر حسب اهم $\left[ \Omega \right]$
$R$ مقاومت الکتریکی رسانا پس از تغییر دما بر حسب اهم $\left[ \Omega \right]$
$\alpha $ ضریب حرارتی برحسب $\left[ {\frac{1}{{^ \circ C}}} \right]$
$\Delta \theta = {\theta _2} - {\theta _1}$ تغییرات دمای رسانا بر حسب درجه سانتی گراد $\left[ {^ \circ C} \right]$ است.
قانون اهم
قانون اهم بیان میکند نسبت اختلاف پتانسیل دو سر هادی به شدت جریان آن در دمای معین مقداری ثابت است که این مقدار ثابت را «مقاومت الکتریکی» هادی گویند و با R نشان میدهند و از رابطه $R = \frac{V}{I}$ به دست میآید.
که در این رابطه:
$V$ اختلاف پتانسیل دو سر هادی $\left[ V \right]$
$I$ شدت جریان هادی $\left[ A \right]$
$R$ مقاومت الکتریکی $\left[ \Omega \right]$
است. نحوه استفاده از قانون اهم در شکل 10 نشان داده شدهاست.
(شکل 10) برای یادآوری سه شکل قانون اهم قابل استفاده است. در این شکل هرکدام از علامتها را با انگشت بپوشانید، علایم دیگر رابطه کمیت اشاره شده را نشان میدهد و مقدار مجهول به راحتی به دست میآید.
مثال: اگر در مدار (شکل 11) شدت جریان 3 آمپر از مقاومت عبور کند، مقاومت مدار چند است؟
$R = \frac{V}{I} = \frac{{60}}{3}$
$R = 20\Omega $
مثال: اگر در مدار (شکل 12) بخواهیم شدت جریان مدار 8 آمپر شود چه مقاومت باید در مدار قرار گیرد؟
$R = \frac{V}{I} = \frac{{160}}{8}$
$R = 20\Omega $
مثال: اگر در مدار (شکل 13) ولتاژی برابر با 10 ولت به دو سر مقاومتی برابر 5 اهم اعمال شود، شدت جریان مدار چقدر است؟
شدت جریان مدار با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود.
$I = \frac{V}{R} = \frac{{10}}{5}$
$I = 2A$
مثال: شدت جریان الکتریکی در مدار (شکل 14) چند آمپر است؟ شدت جریان مدار با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود.
$I = \frac{V}{R} = \frac{{100}}{5} = 20A$
مثال: شدت جریان الکتریکی مدار (شکل 15) را به دست آورید.
$I = \frac{V}{R} = \frac{5}{5} = 1A$
فعالیتکلاسی (صفحه 51 کتاب درسی)
با مقایسه نتایج دو مثال قبل چه نتیجهای میگیرید؟
مثال: اگر از لامپی به مقاومت 100 اهم جریانی به شدت 1 آمپر عبور کند، با توجه به (شکل 16) ولتاژ منبع چند ولت است؟
$V = I.R = 1 \times 100$
$V = 100V$
$V = I.R = 0/5 \times 100$
$V = 50V$
$100 - 50 = 50V$
ابررسانا
اگر دمای فلزات مختلف را تا دمای معینی (دمای بحرانی) پایین آوریم، پدیده شگرفی در آنها اتفاق میافتد که طی آن مقدار مقاومت فلزات در برابر عبور جریان برق به طور ناگهانی تا حد صفر کاهش مییابد. در این شرایط است که فلزها تبدیل به ابررسانا خواهند شد. تبدیل به حالت ابررسانایی، فقط مربوط به فلزات نمیشود بلکه این حالت در جیوه ناخالص نیز اتفاق میافتد. تاکنون مشخص شده است که تقریباً نیمی از عناصر فلزی و همچنین برخی آلیاژها و سرامیکها در درجه حرارتهای پایین ابر رسانا میشوند.
کاربرد ابررسانا
هر ماده اگر قبل از ابررسانا شدن در میدان مغناطیسی قرار گیرد از آن خطوط میدان مغناطیسی عبور میکند؛ چنانچه در حضور میدان مغناطیسی به دمای بحرانی برسد و ابررسانا شود دیگر هیچ گونه خطوط میدان مغناطیسی از آن عبور نمیکند.
در (شکل 17- الف) یک قطعه آهنربا روی یک قطعه ابررسانا شناور است طبق خاصیتی که در بالا گفتیم ابر رساناها میتوانند خطوط میدان مغناطیس را به خارج پرتاب کنند و همان طور که میبینیم قرص مغناطیسی را شناور نگه داشته است.
کاربرد جالب این مطلب در ساخت قطارهای سریعالسیر یا قطارهای شناور است. نمونههایی از این گونه قطارها که در سال 2000 میلادی در ژاپن ساخته شد، با سرعت حرکت $581km/h$ میکند. در این قطارها به جای استفاده از چرخ از میدان مغناطیسی استفاده شده است. در این حالت قطارهای سریعالسیر در حال حرکت معمولاً چند سانتیمتر با ریل فاصله دارد و تماسی با ریل پیدا نمیکنند. به این نوع قطارها ماگلو (Maglev) گفته میشود (شکل 17- ب).
پرسش (صفحه 53 کتابدرسی)
1- مقاومت الکتریکی مخصوص و هدایتالکتریکی مخصوص را تعریف کنید.
2- مقاومتالکتریکی مخصوص فلز روی چند برابر مقاومت الکتریکی مخصوص نقره است؟
3- عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی هادیها را نام ببرید.
4- از مقایسه نمودار تغییرات مقاومت الکتریکی رسانا برحسب سطح مقطع سیم و طول سیم چه نتیجهای میگیریم؟
5- قانون اهم را تعریف کنید.
6- ضریب حرارتی را تعریف کنید و واحد آن را بنویسید.
7- ابررسانا را تعریف کنید و کاربرد آن را بنویسید.
8- اگر دانشآموزی هنگام خاموش بودن لامپ رشتهای مقاومت آن را اندازهگیری کند و بار دیگر وقتی لامپ روشن است مقاومت الکتریکی آن را محاسبه کند آیا مقادیر به دست آمده یکسان است؟ چرا؟
تمرین (صفحه 53 کتاب درسی)
1- مقاومت الکتریکی مخصوص آلومینیوم نسبت به مس برابر 1/59 میباشد، هدایت الکتریکی آن نسبت به مس را حساب کنید.
2- برای ساختن یک مقاومت $5\Omega $ چند متر سیم مسی با سطح مقطع $1/5m{m^2}$ مورد نیاز است؟ $({k_{uc}} = 56)$
3- روی یک هسته 500 دور سیم مسی با سطح مقطع $0/5m{m^2}$ پیچیدهایم اگر شعاع هسته 2/5cm باشد مقاومت الکتریکی سیمپیچ را حساب کنید.
4- درون یک وسیله برقی 80m سیم آلومینیومی با قطر 1/5mm استفاده شده است:
الف) مقاومت الکتریکی آن را بیابید.
ب) در صورتیکه بخواهیم سیم مسی با قطر 1/5mm 1/5 جایگزین آن کنیم در صورتیکه مقاومت الکتریکی تغییر نکند طول سیم مسی را بیابید.
5- دمای سیمپیچ یک وسیله برقی بر اثر کار کردن از $25{}^ \circ C$ به $75{}^ \circ C$ افزایش مییابد. اگر مقاومت الکتریکی آن در $25{}^ \circ C$ برابر $1/8\Omega $ 1/8 باشد مقاومت آن چند اهم افزایش مییابد؟
$\alpha = 0/004\left[ {\frac{1}{{{}_0C}}} \right]$
6- جریان الکتریکی عبوری از لامپی که مقاومت الکتریکی آن $50\Omega $ و ولتاژ تغذیه آن 200V است را حساب کنید. در صورتیکه در اثر روشن بودن دمای لامپ $40{}^ \circ C$ افزایش یابد جریان الکتریکی چقدر تغییر میکند؟
$\rho = \frac{1}{{20}}\left[ {\frac{{\Omega m{m^2}}}{m}} \right]$
7- به یک مقاومت 60 اهمی ولتاژی برابر 36 ولت داده شده است. چه جریانی از این مقاومت عبور میکند؟
8- ولتاژ لازم برای عبور جریانی برابر 1/2 آمپر از یک مقاومت 5 اهمی چقدر است؟
9- مقاومت الکتریکی یک لامپ $150\Omega $ 150 است. ولتاژی برابر 120 ولت به آن داده میشود.مقدار جریان عبوری را حساب کنید.
10- با یکلامپ و یک منبع ولتاژ و یک آمپرمتر مداری تشیکل دادهایم . اگر منبع ولتاژ 24 ولت اختیار کنیم، آمپرمتر مقدار 1/5 آمپر را نشان خواهد داد. مقاومت الکتریکی مدار را تعیین کنید. اگر به جای منبع 24 ولتی، منبع ولتاژ 36 ولتی قرار دهیم، آمپرمتر چه مقداری را نشان خواهدداد؟
11- چه ولتاژی در مقاومت 40 اهمی، جریانی برابر با 100 میلی آمپر ایجاد میکند؟
12- حداکثر ولتاژی که یکمقاومت 22/5 اهمی میتواند تحمل کند 120 ولت است.اگر جریانی به شدت 10 آمپر از آن بگذرد آیا این مقاومت تحمل این جریان را خواهدداشت؟ چرا؟
پروفسور کارو لوکاس (لوکس) پدر علم رباتیک
در شهریور ماه 1328 در شهر اصفهان متولد شد. تحصیلات متوسطه خود را در دبیرستان ارامنه تهران (کوشش) گذراند و در سال 1352 با شایستگی، موفق به اخذ کارشناسی ارشد در رشته مهندسی کنترل از دانشگاه تهران شد.
نبوغ ذاتی او چنان عیان شده بود که در توصیه نامه علمی ایشان، استاد وی خطاب به دانشگاههای پرآوازه آمریکا نوشت: اگر کارو را در دانشگاه خود نپذیرید، دیوانهاید.
دکترای خود را در رشته کنترل سیستمها با گرایش اقتصاد مالی در سال 1355 از دانشگاه برکلی آمریکا به دست آورد. پس از آن، وی برای خدمت میهن، فعالیت در دانشگاه تهران را برگزید.
در تدریسش تنها انتقال معلومات مد نظر نبود بلکه انجام پژوهش علمی و فنی اشتراکی را هدف خود قرار داده بود. وی جهت حرکت علم را به خوبی تشخیص و خود را در پیشاپیش این حرکت قرار میداد تا دانشگاه تهران را در زمره دانشگاههای پیشرفته جهان معرفی نماید. تدریس حسابگری زیستی را میتوان به عنوان مصداق ذکر کرد.
ادامه پژوهشهای وی به سیستمهای هوشمند و رباتیک متمایل گردید و به حق و شایستگی پدر علم رباتیک ایران لقب گرفت. اگرچه عشق و علاقه پروفسور کارلوکس به ایران و دانشگاه تهران مثال زدنی بود اما نگاه نافذش از لزوم همکاریهای علمی و پژوهشی بینالمللی هرگز غافل نماند. ایشان به عنوان استاد مدعو ایرانی در دانشگاههای آمریکا، کانادا، ایتالیا، چین، ارمنستان و آلمان تدریس نمود و در پژوهشهای مشترک تأثیرگذار بود، پروفسور کارولوکس استاد نمونه، چهره ماندگار مهندسی برق، برنده جشنوارههای خوارزمی، ابنسینا و استاد برگزیده ایرانی توسط Elsevier-Scopus معرفی گردید. اما هیچیک از این القاب و عناوین در برابر صفات و فضایل انسانی استاد ارزش چندانی ندارد. چهره مردانه او همیشه بشاش، متبسم، نگاهش جذاب اما مصمم و مهربان به خصوص با دانشجویانش بود.
واحد یادگیری 5 (کار و توان الکتریکی)
کار الکتریکی
کار الکتریکی عبارت است از مقدار انرژی که در مصرفکننده الکتریکی به سایر انرژیها تبدیل میشود. کار الکتریکی را با W نشان میدهند و واحد آن ژول (j) است. یک ژول مقدار کاری است که اختاف پتانسیل یک ولت برای جابه جایی یک کولن الکتریسیته انجام میدهد. انرژی در مقاومت الکتریکی به حرارت تبدیل میشود و از رابطه زیر به دست میآید.
$W = R{I^2}t$
که در این رابطه:
$W$ کارالکتریکی (j)
$R$ مقاومتالکتریکی $\left[ \Omega \right]$
$I$ شدت جریانالکتریکی $\left[ A \right]$
$t$ زمان $\left[ s \right]$ است.
انرژی الکتریکی مصرفی علاوه بر یکای اندازهگیری ژول برحسب کیلووات ساعت و مگاوات ساعت نیز بیان میشود.
فعالیت (صفحه 57 کتابدرسی)
هر کیلووات ساعت (kwh) برابر چند ژول (j) میباشد؟
محاسبه هزینه انرژی الکتریکی مصرفی
هزینه انرژی الکتریکی مصرفی به ازای هر کیلووات ساعت محاسبه میشود. برای محاسبه هزینه الکتریکی مصرفی از رابطه زیر استفاده میشود:
بهای هر kwh انرژی الکتریکی $ \times $ مقدار انرژی الکتریکی مصرفی (kwh) =بهای برقمصرفی
توان الکتریکی
توان الکتریکی، مقدار کار الکتریکی انجام شده در واحد زمان میباشد. توان الکتریکی را با P نشان میدهند و واحد آن وات (W) است. یک وات تبدیل یک ژول انرژی در مدت یکثانیه میباشد. توان در مقاومت الکتریکی از رابطه زیر به دست میآید.
$P = \frac{W}{t}$
که در این رابطه:
$P$ توان الکتریکی $\left[ W \right]$
$W$ کار الکتریکی $\left[ j \right]$
$t$ زمان $\left[ s \right]$ است.
رابطه توان به شکلهای زیر نیز اثبات میشود.
$P = \frac{W}{t} = \frac{{R{I^2}t}}{t} = R{I^2}$
$P = R{I^2} = RI.I = VI$
مثال: در مدار (شکل 18) مقدار مقاومت الکتریکی و توان مصرفی آن را محاسبه کنید.
$R = \frac{V}{I} = \frac{9}{3} = 3\Omega $
$P = VI = 9 \times 3 = 27W$
مثال: در مدار (شکل 19) مقدار شدت جریان و توان مصرفی مقاومت را محاسبه کنید.
$I = \frac{V}{R} = \frac{{27}}{{27}} = 1A$
$P = R{I^2} = 27 \times {1^2} = 27W$
مثال: شدت جریان و توان مصرفی اتوی برقی (شکل 20) را محاسبه کنید.
$I = \frac{V}{R} = \frac{{100}}{{10}} = 10A$
$P = R{I^2}$
$P = 10 \times {10^2} = 1000W$
مثال: ولتاژ منبع و توانمصرفی مقاومت 2 اهمی مدار (شکل 21) را محاسبه کنید.
$V = R.I = 8 \times 2 = 16V$
$P = R{I^2}$
$P = 2 \times {8^2} = 128W$
بازده
بازده یا راندمان، نسبت توان خروجی به توان ورودی وسایل الکتریکی میباشد. بازده یا راندمان را با حرف یونانی اتا $\eta $ نشان میدهند. و چون از نسبت دو توان ورودی و خروجی به دست میآید بدون واحد میباشد. و معمولا آن را برحسب درصد نشان میدهند و از رابطه زیر به دست میآید.
$\eta \% {\text{ \;}} = \frac{{{P_{out}}}}{{{P_{in}}}} \times 100$
موتورهای الکتریکی از وسایل الکتریکی هستند که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند اما در این فرایند بخشی از انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تبدیل میشود. (شکل 22)
در موتور مقداری از انرژی الکتریکی که در واحد زمان به انرژی مکانیکی تبدیل میشود، توان خروجی گویند و با ${P_{Out}}$ نشان میدهند و واحد آن وات $\left[ W \right]$ است و مقداری از انرژی الکتریکی که در واحد زمان به انرژی حرارتی تبدیل میشود، تلفات توان گویند و با $\Delta P$ نشان میدهند و واحد آن نیز وات $\left[ W \right]$ است. همچنین مقدار انرژی الکتریکی که در واحد زمان از شبکه الکتریکی دریافت میشود توان ورودی است و با ${P_{in}}$ نشان داده میشود و واحد آن وات $\left[ W \right]$ است.
ارتباط بین توان ورودی، خروجی و تلفات توان در دیاگرام توازن توان (شکل 23) نشان داده شده است.
با توجه به دیاگرام توازن توان رابطه به صورت مقابل است.
${P_{in}} = {P_{Out}} + \Delta P$
با توجه به دیاگرام توازن توان میتوان نوشت:
$\Delta P = {P_{in}} - {P_{out}}$
$\Delta P = 1000 - 750 = 250\left[ W \right]$
معمولاً توان موتورهای الکتریکی بر روی پلاک مشخصات برحسب اسب بخار $\left[ {HP} \right]$ نیز یادداشت میشود. یک اسب بخار برابر 746 وات است یعنی $1\left[ {HP} \right] = 746\left[ W \right]$
فعالیت (صفحه 60 کتاب درسی)
روی پلاک یک موتور الکتریکی $5/5HP$ نوشته شده است، مقدار آن برحسب وات $\left[ W \right]$ چقدرا ست؟
پرسش (صفحه 61 کتاب درسی)
1- کمیتهای زیر را تعریف کنید:
الف) کار الکتریکی
ب) توان الکتریکی
ج) راندمان یا بازده
2- توان خروجی و تلفات توان را در موتور الکتریکی تعریف کنید.
3- بلوک دیاگرام زیر مربوط به چه وسیله برقی است؟
4- روی پلاک موتوری $\frac{3}{4}HP$ نوشته شده است. توان الکتریکی آن چند وات میباشد؟
تمرین (صفحهٔ 61 و 62 کتاب درسی)
1- راندمان وسیله الکتریکی را که بلوک دیاگرام توان آن به صورت زیر میباشد را حساب کنید.
2- راندمان یک موتور الکتریکی 85% میباشد اگر تلفات توان 150W باشد، توان ورودی و خروجی چند وات است؟
3- راندمان یک موتور الکتریکی $\frac{1}{2}HP$ برابر 70% میباشد توان ورودی و تلفات آن چند وات است؟
4- در ویترین مغازهای 4 لامپ رشتهای 500 وات و 2 لامپ رشتهای 1000 وات روزی 8 ساعت روشن است. حساب کنید انرژی الکتریکی مصرفی در 30 روز چقدر است؟
5- مقاومت الکتریکی قسمت گرماده یک وسیله حرارتی $80\Omega $ میباشد، حساب کنید اگر جریان الکتریکی عبوری از آن 4A باشد، در مدت زمان 5 دقیقه انرژی الکتریکی مصرفی آن چند ژول و چند کیلو ژول میباشد؟
6- یک وسیله برقی 220V و 500W درنظر بگیرید:
الف) شدت جریان این وسیله در اتصال به شبکه 220V چند آمپر است؟
ب) در صورت کاهش ولتاژ به 200 ولت جریان چقدر تغییر میکند؟
7- اگر لامپهای تمرین 4 را با لامپهای کم مصرف LED با توان 18 و 25 وات را به ترتیب جایگزین لامپهای 500 واتی و 1000 واتی کنیم، در هزینه برق چقدر صرفه جویی میشود؟ در صورتی که بدانیم میزان نوردهی لامپهای جایگزین به همان مقدار لامپهای رشتهای باشد.