الدائرة الكهربائية شدة تيار كهربائي

القدرة الكهربائية

45. أمامكم دائرة كهربائية.

مُعطى أن:

R₁ = 4Ω. R₂ = 8Ω.

يُشير الامبيرمتر في الدائرة الكهربائية إلى شدة تيار كهربائي مقداره 3 أمبير.

أي مقاوم كهربائي ترتفع درجة حرارته اكثر؟ (افرضوا أن المقاومين متشابهين وتوجد لهما نفس درجة الحرارة الإبتدائية) عللوا اجابتكم.

المقاوم2Rيسخن أكثر ويُطلق حرارة أكثر إلى البيئة المحيطة، السبب هو أن التيار الذي يمر من المقاومين متساوٍ(موصولة على التوالي) والقدرة هي دالةللتيار الكهربائي والمقاومة P=I²R.

النجاعة

46. يزوِّدنا فرن تسخين بـكمية حرارة مقدارها J10002خلال ثانية. قدرة الفرن هي:

     أ.      J500          ت.     J2000

     ب.     W500       ث.     W2000

الإجابة الصحيحة ب، لأن القدرة التي نقيسها بالواط  هي عبارة عن طاقة لوحدة زمن: P=E/t=1000/2=500W

47. مُعطى إبريق كهربائي قدرته kW 2، وقد عَمِل لمدة 10 دقائق.  كمية الطاقة الكهربائية التي استهلكها الابريق هي :

     أ.      J200          ت.     J2000

     ب.     J1200        ث.     J1,200,000

E=P*t=2000*(10*60)=1200000W        الإجابة الصحيحةث

48. لغلي كأس ماء نحتاج 70,000 جول, بحوزتنا ملعقة تسخين كهربائية قدرتها kW 0.35.كم من الوقت يجب تشغيل الملعقة، لكي نغلي الماء في الكأس؟

     أ.      70 ثانية        ت.     200 ثانية

     ب.     20 ثانية        ث.     350 ثانية

t=E/P=70,000/(0.35*1000)=200 sec

     الإجابة الصحيحةت

49. مُعطى إبريقان كهربائيان، قدرة الأول kW0.75، قدرةالثانيkW1.5. نملأ كليهما في نفس كمية الماء من الحنفية، مُعطى أيضًا أن ماء الإبريق الأول يصل درجة حرارة الغليان خلال 15 دقيقة، متى يغلي الماء في الإبريق الثاني؟

     أ.      بَعد 5 دقائق     ت.     بَعد 15 دقيقة

     ب.     بَعد 7.5 دقائق  ث.     بَعد 30 دقيقة

50. مُعطى فرن كهربائي قدرته kW2، وقد عَمِل لمدة 10 ساعات. ما هي تكلفة التسخين في هذا الفرن، إذا علمت أن سعر 1 كيلواط ساعة هو 0.5 شيقل:

     أ.        0.5 شاقل      ت.     10 شوقل

     ب.     1.25 شاقل    ث.     5 شواقل

الإجابة الصحيحةت، يجب أن نضرب القدرة الكهربائية للفرن (كيلو واط في الساعة) بالزمن (بالساعات) وبالسعر. :   2*10*0.5=10

51. خلال ساعة واحدة في يوم شتاء صاف، عندما نستعمل لاقط  السخان الشمسي،  تزوِّدنا أشعة الشمس طاقة بمعدل kWh1للمتر المربع. في سخان شمسي معين، مساحة اللاقط هي 2 متر مربع.

51.1. ما هي كمية الطاقة بالكيلواط ساعة التي يستوعبها سطح اللاقط خلال اليوم؟ افرضوا أن اللاقط يستقبل أشعة الشمس لمدة 10 ساعات يوميًا.

نفترض أنه مُعطى معدل مقدار أشعة الشمس، يجب أن نضرب مساحة اللاقطات بعدد ساعات استيعاب الطاقة بالمتر المربع. 2*10*1=20 kWh

51.2.احسبوا التوفير الشهري (30 يومًا) في فاتورة الكهرباء. افرضوا أن سعر كيلواط ساعة واحد كهرباء هو 50 أغورة.

سعر 20 كيلواط\ساعة هو 10 شواقل(20*0.5)

52.نريد أن نغلي لترًا واحدًا من الماء بواسطة إبريق كهربائي، سُجِّل عليه 2000W.مُعطى أن الطاقة اللازمة لتنفيذ المهمة هي J600.000.كم من الزمن يجب تشغيل الابريق الكهربائي، إذا افترضنا أن الطاقة التي يزودها الإبريق تُستخدم كلها في عملية تسخين الماء؟

t=E/P=600,000/2000=300 sec, أو5 دقائق

53. أمامكم قائمة وحدات قياس مختلفة. ما هي الوحدة التي نقيس بها كمية الحرارة؟

     أ.      واط             ت.     كيلوغرام

     ب.     جول            ث.     كيلواط

كمية الحرارة هي طاقة نقيسها بالجول (الإجابة الصحيحةهي ب)

د. إجابات لأسئلة تقييم إضافية

1. يزن البهلوان أ 600 نيوتون وهو يقف على درجة ارتفاعها 3 أمتار ،(h₁)  وذلك فوق أرجوحة نصبت على الأرض. في الجهة الأخرى من الأرجوحة، يقف بهلوان آخر وزنه 500 نيوتون (انظروا الرسمة). فوق البهلوان الثاني درجة إضافية ترتفع 3.5 م عن سطح الارض(h₂).

أ- يقفز البهلوان الأول إلى الأرجوحة ويسقط عليها في النقطة التي تقع في الجهة الاخرى من الارجوحة، على نفس البُعد من نقطة الارتكاز،  كما يبعد البهلوان الثاني عنها. نتيجة لذلك، يطير البهلوان الثاني إلى أعلى، هل يصل  البهلوان الثاني ارتفاع الدرجة التي فوقه ( ارتفاعها 3.5 متر) ؟ ( اهملوا احتكاك النظام).

ب- حلوا مرةً أخرى البند أ، لكن في هذه المرة، خذوا بعين الاعتبار أن عملية الاحتكاك ازدادت بشكل كبير، وخلال حركة الأجسام  (البهلوانان والأرجوخة)، ازدادت طاقة الحرارة في النظام بـ J 100.

ت- يستعد البهلوان أ للقفز مرةً أخرى، نضع على درجة البهلوان أ عيارات وزنية، وزن كل  منها N 50 ،ماهوعددالعيارات الوزنيةالتييجبأنيتزودبهاالبهلوانأ،اذا اراد أن يرفع البهلوان ب إلى درجة أخرى، على ارتفاع 4 متر فوق سطح الارض؟  حلوا المسألة وفقًا للحالتين الآتيتين: (1) عندما لا يكون احتكاك بتاتًا، (2)عندما يكون احتكاك في النظام  وتزداد الطاقة الحرارية بـ J 120أثناء الفعالية.

ث- على أي مبدأ اعتمدتم عندما أجبتم عن الأسئلة الثلاثة  أ- ت؟

بهلوان أ

بهلوان ب

m3.5 h2=

m3.0  h1=

نقطة الارتكاز

ج- صفوا ما حدث في النظام بواسطة مصطلحات " تحولات الطاقة".

أ‌.         التغيير في طاقة ارتفاع  البهلوان أ : mgh₁= 600*3 = 1800 J                 

لأننا نفترض بأنه لا يوجد تغيير في طاقة حرارة النظام (بهلوان + جهاز قفز + أرضية غرفة)، نستطيع أن نحسب الارتفاع الاقصى الذي يستطيع أن يصل إليه البهلوان الثاني:

= 1800 500*h

h=3.6 m

لذلك البهلوان ب يصل إلى ارتفاع الدرجة وربما أعلى منها.

ب- إذا كان احتكاكًا في النظام والطاقة الحرارية تتغير خلال الفعالية،  يجب الأخذ بالحسبان هذا  التغيير وطرحه من التغيير في طاقة ارتفاع البهلوان أ.

= 600*3 – 100 = 1700 J  100- m₁gh₁

الارتفاع الأقصى الذي يمكن أن يصل إليه البهلوان ب هو:

1700  = 500*h

h=3.4 m

لذلك البهلوان ب لا يصل الدرجة.

                                                                                         

ت‌-    نحسب التغيير في طاقة ارتفاع البهلوان عندما يكون التغيير في الارتفاع 4 م.

m₂g*4 = 500 *4 = 2000 J

لذلك دون احتكاك، التغيير في طاقة البهلوان أ مع العيارات الوزنية (الاثقال) يجب أن يكون على الأقل J  2000

2000  = m₁gh₁+X*50* h₁

600*3+ X*150 = 2000

X=1.33

أي أن البهلوان أ يجب أن يتزود بعيارين وزنيين على الاقل.

مع الاحتكاك: يجب إضافة التغيير في طاقة الحرارة بعد العملية إلى النتيجة الحسابية التي حصلنا عليها، كما عرضنا في البند السابق:

m₂g*4 + 120   = m₁gh₁+X*50*3

600*3+ X*150= 2000+ 120

لذاx= 2.13وهذا يعنيأن البهلوان أ يجب عليه أن يتزود بـ 3 عيارات وزنية (اثقال) على الاقل.

ث. قانون حفظ الطاقة.

ج. الوصف بمصطلحات " تحولات الطاقة" : تحولت طاقة ارتفاع البهلوان أ (مع أثقال وبدون أثقال) إلى طاقة حركة البهلوان أ التي تحولت إلى طاقة حركة البهلوان ب التي تحولت الى طاقة ارتفاع البهلوان ب.

2. وُجِّه أنبوب صرف بشكل مائل إلى أسفل وهو يخرج عبر حائط، قذف سائد كرة كتلتها 0.5 كغم إلى أعلى الأنبوب، عادت الكرة بعد فترة زمنية قصيرة وخرجت من الأنبوب ( انظروا الرسم التالى).

أ- هل كانت سرعة الكرة عند عودتها أكبر/أصغر/تساوي سرعة الكرة عند دخولها الأنبوب ( افترضوا أن هناك عملية احتكاك في النظام)؟ اشرحوا.

بما أن هناك احتكاك بين الأنبوب والكرة وارتفعت طاقة الحرارة، فإنَّ قانون حفظ الطاقة يلزمنا أن يكون مجموع التغيير في طاقة الحرارة + طاقة الحركة في نهاية العملية (عندما تعود الكرة) مساوٍ مع التغيير في طاقة الحركة في بداية العملية (في اللحظة التي قذف فيهاسائد الكرة).

ب- مُعطى أن السرعة الابتدائية للكرة هي 10 م/ث. احسبوا سرعة خروج الكرة من الأنبوب، اذا كانت عملية الاحتكاك كبيرة بين الكرة والانبوب، وقد ازدادت طاقة حرارة الكرة بـ J 10 عند خروجها من الانبوب.

دون احتكاك تكون سرعة دخول  الكرة الأنبوب والخروج منه متساوية: 10 م\ث.إذا لميحدث تغيير في طاقة حرارة الكرة والانبوب، فإنَّ قانون حفظ الطاقة يلزمنا مساواة بين السرعتين.

ت- قام سائد بطلاء الكرة وداحل الأنبوب بالزيت، ثم رمى الكرة مرةً أخرى. مُعطى أن سرعة الكرة الابتدائية

  10 م\ث. احسبوا سرعة الكرة لحظة خروجها من الانبوب، اذا أهملنا الاحتكاك ولم تزداد الطاقة الحرارية للأنبوب والكرة أثناء حركة الكرة.

إذا كان في النظام احتكاك والطاقة الحرارية ارتفعت أثناء العملية، يجب الاخذ بعين الاعتبار هذا التغيير: يجب اضافة التغيير في الطاقة لكل من الطاقات الأخرى في العملية.  في هذه الحالة، يجب اضافتها إلى طاقة حركة الكرة لحظة خروج الكرة من الأنبوب.

E=¹/₂mv₁²=¹/₂mv₂² + 10

¹/₂*0.5*10²= ¹/₂*0.5*v²+10

لذلكv=7.75  m/s

ث- رمى سائد الكرة مرةً أخرى، وقد وصلت الكرة إلى ارتفاع 2 متر نسبة لفتحة الأنبوب، كم تكون سرعة الكرة عند خروجها من الأنبوب، اذا علمتم أن الطاقة الحرارية للكرة والأنبوب ازدادت ﺑJ 5، أثناء نزول الكرة في الانبوب؟

الطريقة الحسابية في هذا البند تشبه الطريقة في البند السابق. في هذه الحالة، يجب تحليل توازن طاقات  الكرة والأنبوب، من خلال الأخذ بالحسبان المعطى أن الكرة وصلت ارتفاع 2 متر (كنقطة بداية)، وتوجد لها طاقة ارتفاع فقط.

mgh =¹/₂mv₁²+5=

0.5*10*2=0.5*0.5*v²+5

v= 4.5 m/s

3. مُعطى كرتان متشابهتان، كتلة كل واحدة منهما 2 كغم، حررنا الكرتين من أعلى مسار مائل ارتفاعه 50 سم. اهملوا الاحتكاك بين الكرة والمسار.

أ - احسبوا سرعة الكرة أ لحظة اصطدامها بالارض.

إذا لم يحدث احتكاك، يمكن أن نساوي طاقة الارتفاع الابتدائية قبل الحركة مع طاقة الحركة لحظة وصول

    الكرة إلى الأرض ( حيث إنh يعب عن ارتفاع الكرة عن مستوى سطح الارض أثناء الحركة)

 mgh =¹/₂mv₁²=2*10*0.5=0.5*2*v²لذلكv=3.16 m/s

ب-  احسبوا سرعة الكرة ب لحظة اصطدامها بالارض.

العملية الحسابية في هذا البند تشبه المثال في بند أ.

ت - هل وصلت الكرتين سطح الارض بَعد مرور نفس الفترة الزمنية من لحظة تحريرهما؟ اشرحوا.

لا تصل الكرتين سطح الارض في نفس اللحظة، الكرة التي تتدحرج على المسار الأكثر انحدارًا تصل أولاً، لأن

تسارع الكرة يكون أكبر والمسافة التي تقطعها الكرة تكون أصغر.