20E: Njia za Uhamisho wa joto na Joto (Zoezi)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183490

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Maswali ya dhana

20.1: Sasa

1. Je, waya inaweza kubeba sasa na bado kuwa neutral-yaani, kuwa na malipo ya jumla ya sifuri? Eleza.

2. Betri za gari zimepimwa katika masaa ya ampere (Ah). Kwa kiasi gani cha kimwili ambacho masaa ya ampere yanahusiana (voltage, malipo,.), na ni uhusiano gani wa masaa ya ampere na maudhui ya nishati?

3. Ikiwa waya mbili tofauti zilizo na maeneo yanayofanana ya msalaba hubeba sasa sawa, je, kasi ya drift itakuwa ya juu au ya chini katika conductor bora? Eleza kwa suala la usawa$\displaystyle v_d=\frac{I}{nqA}$, kwa kuzingatia jinsi wiani wa flygbolag za malipo$\displaystyle n$ huhusiana na kama nyenzo ni conductor nzuri.

4. Kwa nini njia mbili za kufanya kutoka chanzo cha voltage kwenye kifaa cha umeme zinahitajika kuendesha kifaa?

5. Katika magari, terminal moja ya betri imeshikamana na mwili wa chuma. Hii inaruhusu waya moja kusambaza sasa kwa vifaa vya umeme badala ya waya mbili?

6. Kwa nini ndege ameketi kwenye mstari wa nguvu ya juu-voltage hupigwa umeme? Tofauti hii na hali ambayo ndege kubwa hupiga waya mbili wakati huo huo na mabawa yake.

20.2: Sheria ya Ohm: Upinzani na Mizunguko rahisi

7. $\displaystyle IR$Kushuka kwa kupinga kunamaanisha kuwa kuna mabadiliko katika uwezo au voltage katika kupinga. Je, kuna mabadiliko yoyote kwa sasa kama inapita kupitia kupinga? Eleza.

8. Je,$\displaystyle IR$ kushuka kwa kupinga ni sawa na kushuka kwa shinikizo katika maji yanayotembea kupitia bomba?

20.3: Upinzani na Resistivity

9. Ni ipi kati ya vifaa vitatu vya semiconducting vilivyoorodheshwa kwenye Jedwali je, uchafu hutoa malipo ya bure (Kidokezo: Kuchunguza aina mbalimbali za resistivity kwa kila mmoja na kuamua kama semiconductor safi ina conductivity juu au chini.)

10. Je, upinzani wa kitu hutegemea njia ya sasa inachukua kwa njia hiyo? Fikiria, kwa mfano, bar mstatili - ni upinzani wake sawa na urefu wake kama katika upana wake? (Angalia Kielelezo.)

Je, sasa kuchukua njia mbili tofauti kupitia kitu kimoja hukutana na upinzani tofauti?

11. Ikiwa waya za alumini na shaba za urefu sawa zina upinzani sawa, ambayo ina kipenyo kikubwa? Kwa nini?

12. Eleza$\displaystyle R=R_0(1+αΔT)$ kwa nini tofauti ya joto ya upinzani$\displaystyle R$ wa kitu si sahihi kama$\displaystyle ρ=ρ_0(1+αΔT)$, ambayo inatoa tofauti ya joto ya resistivity ρ ukubwa 12 {ρ} {} {}.

20.4: Nguvu za umeme na Nishati

13. Kwa nini taa za taa za incandescent zinakua mwishoni mwa maisha yao, hasa kabla ya kuvunja filaments zao?

14. Nguvu iliyopigwa katika kupinga hutolewa na$\displaystyle P=V^2/R$, ambayo inamaanisha nguvu inapungua ikiwa upinzani huongezeka. Hata hivyo nguvu hii pia hutolewa na$\displaystyle P=I^2R$, ambayo inamaanisha nguvu huongezeka ikiwa upinzani huongezeka. Eleza kwa nini hakuna utata hapa.

20.5: Kubadilisha sasa dhidi ya Sasa ya Moja kwa moja

15. Kutoa mfano wa matumizi ya nguvu za AC isipokuwa katika kaya. Vile vile, fanya mfano wa matumizi ya nguvu za DC zaidi ya ile inayotolewa na betri.

16. Kwa nini voltage, sasa, na nguvu hupitia sifuri mara 120 kwa pili kwa umeme wa 60-Hz AC?

17. Unaendesha treni, ukiangalia umbali kupitia dirisha lake. Kama karibu vitu streak na, taarifa kwamba karibu taa za umeme kufanya streaks dashed. Eleza.

20.6: Hatari za umeme na Mwili wa Binadamu

18. Kutumia ohmmeter, mwanafunzi hupima upinzani kati ya pointi mbalimbali kwenye mwili wake. Anaona kwamba upinzani kati ya pointi mbili kwenye kidole kimoja ni sawa na upinzani kati ya pointi mbili kwenye mikono kinyume - zote mbili ni ohms mia kadhaa elfu. Zaidi ya hayo, upinzani hupungua wakati ngozi zaidi inapowasiliana na probes ya ohmmeter. Hatimaye, kuna kushuka kwa kiasi kikubwa kwa upinzani (kwa ohms elfu chache) wakati ngozi ni mvua. Eleza uchunguzi huu na matokeo yao kuhusu ngozi na upinzani wa ndani wa mwili wa mwanadamu.

19. Je! Ni hatari kuu mbili za umeme?

20. Kwa nini mzunguko mfupi hauna hatari ya mshtuko?

21. Nini huamua ukali wa mshtuko? Je, unaweza kusema kwamba voltage fulani ni hatari bila habari zaidi?

22. Sindano ya umeme hutumiwa kuchoma vidonge, huku mzunguko ukamilika kwa kumfanya mgonjwa aketi kwenye sahani kubwa ya kitako. Kwa nini sahani hii kubwa?

23. Upasuaji fulani unafanywa kwa umeme wa juu-voltage unaopita kutoka kwenye kichwa cha chuma kupitia tishu zilizokatwa. Kuzingatia hali ya mashamba ya umeme kwenye uso wa waendeshaji, kwa nini unatarajia zaidi ya sasa kuingia kutoka makali makali ya scalpel? Je, unafikiri high- au chini frequency AC hutumiwa?

24. Vifaa vingine vinavyotumika mara nyingi katika bafu, kama vile vikausha nywele, mara nyingi huwa na ujumbe wa usalama ukisema “Usitumie wakati bafu au bonde limejaa maji.” Kwa nini hii ni hivyo?

25. Mara nyingi tunashauriwa si kuzungumza swichi za umeme na mikono ya mvua, kavu mkono wako kwanza. Pia tunashauriwa kamwe kutupa maji kwenye moto wa umeme. Kwa nini hii ni hivyo?

26. Kabla ya kufanya kazi kwenye mstari wa maambukizi ya nguvu, linemen itagusa mstari na nyuma ya mkono kama hundi ya mwisho kwamba voltage ni sifuri. Kwa nini nyuma ya mkono?

27. Kwa nini upinzani wa ngozi ya mvua ni mdogo sana kuliko kavu, na kwa nini damu na maji mengine ya mwili yana upinzani mdogo?

28. Je! Mtu anaweza kuwa na infusion ya intravenous (IV) kuwa microshock nyeti?

29. Kwa mtazamo wa mikondo midogo ambayo husababisha hatari za mshtuko na mikondo mikubwa ambayo washambuliaji wa mzunguko na fuses huzuia, wanawezaje jukumu katika kuzuia hatari za mshtuko?

20.7: Uendeshaji wa never-Electrocardiograms

30. Kumbuka kuwa katika Kielelezo, gradient wote wa ukolezi na nguvu ya Coulomb huwa na hoja$\displaystyle Na^+$ ions ndani ya seli. Ni nini kinachozuia hili?

31. Kufafanua kuondoa kingamizi, repolarization, na uwezo hatua.

32. Eleza mali ya mishipa ya myelinated kwa suala la mali ya kuhami ya myelini.

Matatizo na Mazoezi

20.1: Sasa

33. Je, ni sasa katika milliamperes zinazozalishwa na seli za jua za calculator ya mfukoni kwa njia ambayo 4.00 C ya malipo hupita katika 4.00 h?

Suluhisho
0.278 mA

34. Jumla ya 600 C ya malipo hupita kupitia tochi katika 0.500 h. wastani wa sasa ni nini?

35. Ni nini sasa wakati malipo ya kawaida ya tuli ya$\displaystyle 0.250μC$ hatua kutoka kidole chako hadi kwenye mlango wa chuma ndani$\displaystyle 1.00μs$?

Suluhisho
0.250 A

36. Pata sasa wakati 2.00 NC inaruka kati ya sufuria yako na nywele kwa$\displaystyle 0.500 -μs$ muda wa muda.

37. Bolt kubwa ya umeme ilikuwa na 20,000-sasa na kuhamia 30.0 C ya malipo. Muda wake ulikuwa nini?

Suluhisho
1.50ms

38. Ya sasa ya 200-A kupitia kuziba ya cheche husababisha 0.300 mC ya malipo. Je, cheche huchukua muda gani?

39. (a) Defibrillator hutuma sasa 6.00-A kupitia kifua cha mgonjwa kwa kutumia uwezo wa 10,000-V kama ilivyo katika takwimu hapa chini. Upinzani wa njia ni nini? (b) Paddles ya defibrillator huwasiliana na mgonjwa kupitia gel inayoendesha ambayo inapunguza sana upinzani wa njia. Jadili matatizo ambayo ingeweza kuhakikisha kama voltage kubwa zilitumika kuzalisha sasa sawa kwa njia ya mgonjwa, lakini kwa njia ya kuwa labda mara 50 upinzani. (Kidokezo: Sasa lazima iwe sawa, hivyo voltage ya juu ingekuwa inaashiria nguvu zaidi. Tumia equation hii kwa nguvu:$\displaystyle P=I^2R$.)

Capitor katika kitengo cha defibrillation anatoa sasa kupitia moyo wa mgonjwa.

Suluhisho
$\displaystyle 1.67kΩ$
(a) (b) Ikiwa upinzani mkubwa wa mara 50 ulikuwepo, kuweka sasa sawa, nguvu itaongezeka kwa sababu ya karibu 50 (kulingana na equation$\displaystyle P=I^2R$), na kusababisha nishati zaidi kuhamishiwa kwenye ngozi, ambayo inaweza kusababisha nzito kubwa. Gel kutumika inapunguza upinzani, na hivyo inapunguza nguvu kuhamishiwa ngozi.

40. Wakati wa upasuaji wa moyo wazi, defibrillator inaweza kutumika kuleta mgonjwa nje ya kukamatwa kwa moyo. Upinzani wa njia ni$\displaystyle 500 Ω$ na sasa ya 10.0-mA inahitajika. Ni voltage gani inapaswa kutumika?

41. (a) Defibrillator hupita 12.0 A ya sasa kupitia torso ya mtu kwa 0.1000 s Ni kiasi gani cha malipo kinachoendelea?

(b) Ni elektroni ngapi zinazopita kupitia waya zilizounganishwa na mgonjwa? (Angalia takwimu mbili matatizo mapema.)

Suluhisho
(a) 0.120 C
(b)$\displaystyle 7.50×10^{17}electrons$

42. Betri ya saa huvaa baada ya kusonga 10,000 C ya malipo kupitia saa kwa kiwango cha 0.500 mA.

(a) Saa iliendesha muda gani?

(b) Ni elektroni ngapi kwa sekunde ikatoka?

43. Betri za usambazaji wa manowari zisizo za nyuklia 1000 A kwa kasi kamili mbele. Inachukua muda gani ili kuhamisha namba ya Avogadro ($\displaystyle 6.02×10^{23}$) ya elektroni kwa kiwango hiki?

Suluhisho
96.3 s

44. Bunduki za elektroni hutumiwa katika zilizopo za X-ray. Electroni zinaharakisha kupitia voltage kubwa na kuelekezwa kwenye lengo la chuma, huzalisha X-rays.

(a) Ni elektroni ngapi kwa sekunde inapiga lengo ikiwa sasa ni 0.500 mA?

(b) Ni malipo gani yanayopiga lengo katika 0.750 s?

45. Cyclotron kubwa inaongoza boriti ya$\displaystyle He^{++}$ nuclei kwenye lengo na boriti ya sasa ya 0.250 mA.

(a) Ni$\displaystyle He^{++}$ nuclei ngapi kwa pili ni hii?

(b) Inachukua muda gani kwa 1.00 C kugonga lengo?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 7.81 × 10^{14}He^{++}nuclei/s$
(b)$\displaystyle 4.00 × 10^3s$
(c)$\displaystyle 7.71 × 10^8s$

46. Rudia mfano hapo juu kwenye Mfano, lakini kwa waya uliofanywa kwa fedha na kupewa kuna elektroni moja ya bure kwa atomi ya fedha.

47. Kutumia matokeo ya mfano hapo juu kwenye Mfano, pata kasi ya drift katika waya wa shaba wa mara mbili ya kipenyo na kubeba 20.0 A.

Suluhisho
$\displaystyle −1.13×10^{−4}m/s$

48. Waya wa shaba ya kupima 14 una kipenyo cha 1.628 mm. Ni ukubwa gani wa sasa unapita wakati kasi ya drift ni 1.00 mm/s? (Angalia mfano hapo juu ya Mfano kwa taarifa muhimu.)

49. SPEAR, pete ya kuhifadhi kuhusu 72.0 m kipenyo katika Accelerator ya Stanford Linear (imefungwa mwaka 2009), ina boriti ya 20.0-A inayozunguka ya elektroni inayohamia karibu na kasi ya mwanga. (Angalia Kielelezo.) Ni elektroni ngapi zilizo kwenye boriti?

Electroni zinazozunguka katika pete ya kuhifadhi inayoitwa SPEAR hufanya sasa 20.0-A. Kwa sababu wanasafiri karibu na kasi ya nuru, kila elektroni hukamilisha njia nyingi katika kila sekunde.

Suluhisho
$\displaystyle 9.42×10^{13}electrons$

20.2: Sheria ya Ohm: Upinzani na Mizunguko rahisi

50. Nini sasa inapita kupitia bomba la tochi ya 3.00-V wakati upinzani wake wa moto ni$\displaystyle 3.60 Ω$?

Suluhisho
0.833 A

51. Tumia upinzani bora wa calculator ya mfukoni ambayo ina betri 1.35-V na kwa njia ambayo 0.200 mA inapita.

52. Je, ni upinzani gani wa ufanisi wa motor starter ya gari wakati 150 A inapita kupitia hiyo kama betri ya gari inatumika 11.0 V kwa motor?

Suluhisho
$\displaystyle 7.33×10^{−2}Ω$

53. Ni volts ngapi zinazotolewa ili kuendesha mwanga wa kiashiria kwenye mchezaji wa DVD ambayo ina upinzani wa$\displaystyle 140Ω$, kutokana na kwamba 25.0 mA hupita kwa njia hiyo?

54. (a) Pata kushuka kwa voltage kwenye kamba ya ugani yenye$\displaystyle 0.0600-Ω$ upinzani na kwa njia ambayo 5.00 A inapita.

(b) kamba nafuu hutumia waya mwembamba na ina upinzani wa$\displaystyle 0.300Ω$. Je, ni kushuka kwa voltage ndani yake wakati 5.00 A inapita?

Suluhisho
(a) 0.300 V
(b) 1.50 V
(c) Voltage inayotolewa kwa chombo chochote kinachotumiwa imepunguzwa kwa sababu kushuka kwa voltage jumla kutoka ukuta hadi pato la mwisho la vifaa ni fasta. Kwa hiyo, ikiwa kushuka kwa voltage kwenye kamba ya ugani ni kubwa, kushuka kwa voltage kwenye vifaa kunapungua kwa kiasi kikubwa, hivyo pato la nguvu na vifaa vinaweza kupungua kwa kiasi kikubwa, kupunguza uwezo wa vifaa vya kufanya kazi vizuri.

55. Mstari wa maambukizi ya nguvu umefungwa kutoka minara ya chuma na vihami vya kioo vikiwa na upinzani wa$\displaystyle 1.00×10^9Ω$. Nini sasa inapita kupitia insulator ikiwa voltage ni 200 kV? (Baadhi ya mistari high-voltage ni DC.)

20.3: Upinzani na Resistivity

56. Je, ni upinzani gani wa kipande cha urefu wa 20.0 m cha waya wa shaba ya kupima 12 una kipenyo cha 2.053-mm?

Suluhisho
0.104 Ω

57. Upeo wa waya wa shaba 0-geji ni 8.252 mm. Pata upinzani wa urefu wa 1.00-km wa waya hiyo kutumika kwa maambukizi ya nguvu.

58. Ikiwa kipenyo cha tungsten cha 0.100-mm katika bomba la taa ni kuwa na upinzani wa$\displaystyle 0.200 Ω$ saa$\displaystyle 20.0ºC$, ni lazima iwe muda gani?

Suluhisho
$\displaystyle 2.8×10^{−2}m$

59. Pata uwiano wa kipenyo cha alumini kwa waya wa shaba, ikiwa wana upinzani sawa kwa urefu wa kitengo (kama wanavyoweza katika wiring ya kaya).

60. Nini sasa inapita kupitia fimbo ya kipenyo cha 2.54 cm ya silicon safi ambayo ni urefu wa 20.0 cm, wakati$\displaystyle 1.00 × 10^3V$ inatumiwa? (Fimbo hiyo inaweza kutumika kutengeneza detectors nyuklia chembe, kwa mfano.)

Suluhisho
$\displaystyle 1.10×10^{−3}A$

61. (a) Ni joto gani unapaswa kuinua waya wa shaba, awali$\displaystyle 20.0ºC$, kwa mara mbili ya upinzani wake, kukataa mabadiliko yoyote katika vipimo?

(b) Je! Hii hutokea katika wiring ya kaya chini ya hali ya kawaida?

62. Kipinga kilichofanywa kwa waya wa Nichrome kinatumika katika programu ambapo upinzani wake hauwezi kubadilika zaidi ya 1.00% kutoka thamani yake saa$\displaystyle 20.0ºC$. Juu ya aina gani ya joto inaweza kutumika?

Suluhisho
$\displaystyle −5ºC$ la$\displaystyle 45ºC$

63. Ya nyenzo gani ni kupinga kufanywa ikiwa upinzani wake ni 40.0% zaidi$\displaystyle 100ºC$ kuliko saa$\displaystyle 20.0ºC$?

64. Kifaa cha umeme kilichopangwa kufanya kazi kwa joto lolote katika aina mbalimbali kutoka$\displaystyle –10.0ºC$ kwa$\displaystyle 55.0ºC$ ina resistors safi ya kaboni. Kwa sababu gani upinzani wao huongezeka juu ya aina hii?

Suluhisho
1.03

65. (a) Ni nyenzo gani waya iliyofanywa, ikiwa ni urefu wa 25.0 m na kipenyo cha 0.100 mm na ina upinzani wa$\displaystyle 77.7Ω$ saa$\displaystyle 20.0ºC$?

(b) Upinzani wake ni nini$\displaystyle 150ºC$?

66. Kutokana na mgawo wa joto la mara kwa mara wa resistivity, asilimia ya juu inapungua kwa upinzani wa waya wa constantan kuanzia saa$\displaystyle 20.0ºC$?

Suluhisho
0.06%

67. Waya hutolewa kwa njia ya kufa, kuifungua kwa mara nne urefu wake wa awali. Kwa sababu gani upinzani wake huongezeka?

68. Waya wa shaba una upinzani wa$\displaystyle 0.500Ω$ saa$\displaystyle 20.0ºC$, na waya wa chuma ina upinzani wa$\displaystyle 0.525Ω$ joto sawa. Kwa joto gani ni upinzani wao sawa?

Suluhisho
$\displaystyle −17ºC$

69. (a) Thermometers ya matibabu ya Digital huamua joto kwa kupima upinzani wa kifaa cha semiconductor kinachoitwa thermistor (ambayo ina$\displaystyle α=–0.0600/ºC$) wakati ina joto sawa na mgonjwa. Je! Joto la mgonjwa ni nini ikiwa upinzani wa thermistor kwenye joto hilo ni 82.0% ya thamani yake$\displaystyle 37.0ºC$ (joto la kawaida la mwili)?

(b) Thamani hasi kwa ukubwa α 12 {α} {} haiwezi kudumishwa kwa joto la chini sana. Jadili kwa nini na kama hii ni kesi hapa. (Kidokezo: Upinzani hauwezi kuwa hasi.)

70. Dhana Jumuishi

(a) Rudia Zoezi kuzingatia upanuzi wa mafuta ya filament ya tungsten. Unaweza kudhani mafuta upanuzi mgawo wa$\displaystyle 12×10^{−6}/ºC$.

(b) Kwa asilimia gani jibu lako linatofautiana na hilo katika mfano?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 4.7Ω$ (jumla)
(b) kupungua kwa 3.0%

71. Matokeo yasiyo ya maana

(a) Je, ni joto gani unapaswa kuinua kupinga kwa constantan kwa mara mbili ya upinzani wake, kuchukua mgawo wa joto la mara kwa mara wa resistivity?

(b) Ili kuikata kwa nusu?

20.4: Nguvu za umeme na Nishati

72. Ni nguvu gani ya bolt$\displaystyle 1.00×10^2MV$ umeme kuwa sasa ya$\displaystyle 2.00 × 10^4A$?

Suluhisho
$\displaystyle 2.00×10^{12}W$

73. Ni nguvu gani zinazotolewa kwa motor starter ya lori kubwa ambayo huchota 250 A ya sasa kutoka 24.0-V betri hookup?

74. Malipo ya 4.00 C ya malipo hupita kupitia seli za jua za calculator za mfukoni katika 4.00 h Ni pato gani la nguvu, kutokana na pato la voltage ya calculator ni 3.00 V? (Angalia Kielelezo.)

Picha ya calculator ndogo kuwa strip ya seli za jua tu juu ya funguo.
Mstari wa seli za jua tu juu ya funguo za calculator hii hubadilisha mwanga kwa umeme ili kutoa mahitaji yake ya nishati. (mikopo: Evan-Amos, Wikimedia Commons)

75. Je! Watts ngapi tochi ambayo$\displaystyle 6.00×10^2C$ imepita katika matumizi ya 0.500 h ikiwa voltage yake ni 3.00 V?

76. Pata nguvu iliyosababishwa katika kila kamba hizi za ugani:

(a) kamba ya ugani yenye$\displaystyle 0.0600-Ω$ upinzani na kwa njia ambayo 5.00 A inapita;

(b) kamba nafuu kutumia waya mwembamba na kwa upinzani wa$\displaystyle 0.300Ω.$

Suluhisho
(a) 1.50 W
(b) 7.50 W

77. Thibitisha kwamba vitengo vya volt-ampere ni watts, kama ilivyoelezwa na equation$\displaystyle P=IV$.

78. Onyesha kwamba vitengo$\displaystyle 1V^2/Ω=1W $, kama ilivyoelezwa na equation$\displaystyle P=V^2/R$.

Suluhisho
$\displaystyle \frac{V^2}{Ω}=\frac{V^2}{V/A}=AV=(\frac{C}{s})(\frac{J}{C})=\frac{J}{s}=1W$

79. Onyesha kwamba vitengo$\displaystyle 1A^2⋅Ω=1W$, kama ilivyoelezwa na equation$\displaystyle P=I^2R$.

80. Thibitisha nishati kitengo ulinganifu kwamba$\displaystyle 1kW⋅h = 3.60×10^6J$.

Suluhisho
$\displaystyle 1kW⋅h=(\frac{1×10^3J}{1 s})(1 h)(\frac{3600s}{1h})=3.60×10^6J$

81. Electroni katika tube ya X-ray huharakisha kupitia$\displaystyle 1.00×10^2kV$ na kuelekezwa kuelekea lengo la kuzalisha eksirei. Tumia nguvu ya boriti ya elektroni katika tube hii ikiwa ina sasa ya 15.0 mA.

82. Mchapishaji wa maji ya umeme hutumia 5.00 kW kwa 2.00 h kwa siku. Ni gharama gani ya kuendesha kwa mwaka mmoja ikiwa gharama za umeme$\displaystyle 12.0 cents/kW⋅h$? Angalia Kielelezo.

Picha ya heater umeme maji ya moto kushikamana na umeme na maji
Unahitaji umeme wa moto wa maji ya moto. Joto hutolewa kwa maji tu wakati inahitajika. (mikopo: aviddavid, Flickr)

Suluhisho
$438/y

83. Kwa kibaniko cha 1200-W, ni kiasi gani cha nishati ya umeme kinachohitajika kufanya kipande cha toast (wakati wa kupikia = dakika 1)? Katika$\displaystyle 9.0 cents/kW ⋅ h$, hii ina gharama gani?

84. Je, itakuwa gharama kubwa ya CFL kama gharama ya jumla (uwekezaji pamoja na uendeshaji) itakuwa sawa kwa wote CFL na incandescent 60-W balbu? Fikiria gharama ya bulb ya incandescent ni senti 25 na gharama za umeme$\displaystyle 10 cents/kWh$. Tumia gharama kwa masaa 1000, kama katika ufanisi wa gharama ya mfano wa CFL.

Suluhisho
$6.25

85. Baadhi ya magari ya zamani yana mifumo ya umeme ya 6.00-V.

(a) Upinzani wa moto wa kichwa cha 30.0-W katika gari kama hilo ni nini?

(b) Ni sasa gani inapita kwa njia hiyo?

86. Betri za alkali zina faida ya kuweka nje voltage ya mara kwa mara mpaka karibu sana mwisho wa maisha yao. Je! Betri ya alkali itapimwa kwa muda gani$\displaystyle 1.00 A⋅h$ na 1.58 V itaweka bulb ya tochi ya 1.00-W inayowaka?

Suluhisho
1.58 h

87. Cauterizer, kutumika kuacha damu katika upasuaji, hutoa 2.00 mA saa 15.0 kV.

(a) Pato lake la nguvu ni nini?

(b) Upinzani wa njia ni nini?

88. Televisheni ya wastani inasemekana kuwa kwenye masaa 6 kwa siku. Tathmini gharama ya kila mwaka ya umeme kuendesha TV milioni 100, kuchukua matumizi yao ya nguvu wastani 150 W na gharama ya wastani wa umeme$\displaystyle 12.0cents/kW⋅h$.

Solution
$3.94 bilioni/mwaka

89. Lightbulb ya zamani huchota 50.0 W tu, badala ya 60.0 W yake ya awali, kutokana na kuponda evaporative ya filament yake. Kwa sababu gani kipenyo chake kimepunguzwa, kuchukua sare kuponda kwa urefu wake? Puuza madhara yoyote yanayosababishwa na tofauti za joto.

90. Waya wa shaba ya shaba ya 00-kupima ina kipenyo cha 9.266 mm. Tumia kupoteza nguvu katika kilomita ya waya hiyo wakati hubeba$\displaystyle 1.00×10^2A$.

Suluhisho
25.5 W

91. Dhana Jumuishi

Vaporizers baridi hupita sasa kwa njia ya maji, kuivukiza kwa ongezeko ndogo la joto. Kifaa kimoja cha nyumbani kinapimwa saa 3.50 A na hutumia 120 V AC na ufanisi wa 95.0%.

(a) Kiwango cha uvukizi kwa gramu kwa dakika ni nini?

(b) Ni kiasi gani cha maji lazima uweke ndani ya vaporizer kwa 8.00 h ya operesheni ya mara moja? (Angalia Kielelezo.)

Picha inaonyesha vaporizer baridi iliyojaa maji. Mvuke huonyeshwa kuibuka kutoka kwa vaporizer. Mtazamo ulioenea wa mzunguko ndani ya vaporizer pia umeonyeshwa. Mzunguko unaonyesha chanzo cha nguvu cha C kilichounganishwa na vichwa, ambavyo vinaingizwa ndani ya maji ya vaporizer. Upinzani wa vichwa huonyeshwa kama R.
Vaporizer hii ya baridi hupita sasa moja kwa moja kwa njia ya maji, ikichochea moja kwa moja na ongezeko la joto kidogo.

92. Dhana Jumuishi

(a) Ni nishati gani inayosababishwa na bolt ya umeme iliyo na 20,000-sasa, voltage ya$\displaystyle 1.00×10^2MV$, na urefu wa 1.00 ms?

(b) Ni wingi gani wa sampuli ya mti inaweza kuinuliwa kutoka$\displaystyle 18.0ºC$ kwa kiwango chake cha kuchemsha na kisha ikaingizwa na nishati hii, kwa kuchukua sampuli ina sifa sawa za mafuta kama maji?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 2.00×10^9J$
(b) 769 kg

93. Dhana Jumuishi

Nini sasa inapaswa kuzalishwa na joto la chupa la 12.0-V linaloendeshwa na betri ili joto la 75.0 g ya kioo, 250 g ya formula ya mtoto, na$\displaystyle 3.00×10^2g$ ya alumini kutoka$\displaystyle 20.0ºC$$\displaystyle 90.0ºC$ kwa 5.00 min?

94. Dhana Jumuishi

Ni muda gani unahitajika kwa cauterizer ya upasuaji ili kuongeza joto la 1.00 g ya tishu kutoka$\displaystyle 37.0ºC$ hadi$\displaystyle 100ºC$ na kisha kuchemsha 0.500 g ya maji, ikiwa huweka 2.00 mA saa 15.0 kV? Puuza uhamisho wa joto kwenye mazingira.

Suluhisho
45.0 s

95. Dhana Jumuishi

Jenereta za umeme (angalia Kielelezo) kwenye Bwawa la Hoover huzalisha$\displaystyle 8.00×10^3A$ sasa ya juu ya 250 kV.

(a) Pato la nguvu ni nini?

(b) Maji ambayo huwawezesha jenereta huingia na kuacha mfumo kwa kasi ya chini (hivyo nishati yake ya kinetic haibadilika) lakini hupoteza 160 m kwa urefu. Ni mita ngapi za ujazo kwa pili zinahitajika, kuchukua ufanisi wa 85.0%?

Jenereta za umeme katika bwawa la Hoover. (mikopo: Jon Sullivan)

96. Dhana Jumuishi

Kutokana na ufanisi wa 95.0% kwa uongofu wa nguvu za umeme na magari, ni nini sasa lazima betri 12.0-V za gari la umeme la kilo 750 ziweze kusambaza:

(a) Ili kuharakisha kutoka kupumzika hadi 25.0 m/s katika 1.00 min?

(b) Kupanda kilima cha$\displaystyle 2.00×10^2-m$ juu katika 2.00 min kwa kasi ya 25.0-m/s wakati wa kutumia nguvu kushinda upinzani$\displaystyle 5.00×10^2N$ wa hewa na msuguano?

(c) Kusafiri kwa kasi ya 25.0-m/s mara kwa mara, kutumia$\displaystyle 5.00×10^2N$ nguvu ya kushinda upinzani wa hewa na msuguano? Angalia Kielelezo.

Hii RevAI, gari la umeme, anapata recharged mitaani katika London. (mikopo: Frank Hebbert)

Suluhisho
(a) 343 A
(b)$\displaystyle 2.17×10^3A$
(c)$\displaystyle 1.10×10^3A$

97. Dhana Jumuishi

Treni ya abiria ya reli ya mwanga huchota 630 A ya umeme wa 650-V DC wakati wa kuharakisha.

(a) Kiwango cha matumizi yake ya nguvu katika kilowatts ni nini?

(b) Inachukua muda gani kufikia 20.0 m/s kuanzia kupumzika ikiwa umati wake uliobeba ni$\displaystyle 5.30×10^4kg$, kuchukua ufanisi wa 95.0% na nguvu za mara kwa mara?

(d) Jadili jinsi kasi uliyopata kwa treni ya reli ya mwanga inalinganishwa na kile kinachoweza kuwa cha kawaida kwa gari.

98. Dhana Jumuishi

(a) alumini nguvu maambukizi line ina upinzani wa$\displaystyle 0.0580Ω/km$. Masi yake kwa kilomita ni nini?

(b) Uzito kwa kilomita ya mstari wa shaba una upinzani sawa? Upinzani wa chini ungefupisha muda wa joto. Jadili mipaka ya vitendo ili kuharakisha inapokanzwa kwa kupunguza upinzani.

Suluhisho
(a)$\displaystyle 1.23×10^3kg$
(b)$\displaystyle 2.64×10^3kg$

99. Dhana Jumuishi

(a) Mchapishaji wa kuzamishwa kwa kutumia 120 V unaweza kuongeza joto la kikombe cha alumini$\displaystyle 1.00×10^2$ -g kilicho na 350 g ya maji kutoka$\displaystyle 20.0ºC$ hadi$\displaystyle 95.0ºC$ saa 2.00 min. Pata upinzani wake, ukidhani ni mara kwa mara wakati wa mchakato.

(b) Upinzani wa chini ungefupisha muda wa joto. Jadili mipaka ya vitendo ili kuharakisha inapokanzwa kwa kupunguza upinzani.

100. Dhana Jumuishi

(a) Ni nini gharama ya kupokanzwa tub moto zenye 1500 kilo ya maji kutoka$\displaystyle 10.0ºC$ kwa$\displaystyle 40.0ºC$, kuchukua 75.0% ufanisi kwa akaunti kwa ajili ya uhamisho joto kwa mazingira? Gharama ya umeme ni$\displaystyle 9cents/kW⋅h$.

(b) Nini sasa ilitumiwa na joto la umeme la 220-V AC, ikiwa hii ilichukua 4.00 h?

101. Matokeo yasiyo ya maana

(a) Ni sasa gani inahitajika$\displaystyle 1.00×10^2MW$ kupitisha nguvu saa 480 V?

(b) Ni nguvu gani inayosababishwa na mistari ya maambukizi ikiwa wana$\displaystyle 1.00-Ω$ upinzani?

(d) Ni mawazo gani yasiyo ya maana, au ni majengo gani yasiyofanana?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 2.08×10^5A$
(b)$\displaystyle 4.33×10^4MW$
(c) Mistari ya maambukizi hutoa nguvu zaidi kuliko inavyotakiwa kusambaza.
(d) voltage ya 480 V ni ya chini kwa voltage ya maambukizi. Mistari ya maambukizi ya umbali mrefu huhifadhiwa kwenye voltages kubwa zaidi (mara nyingi mamia ya kilovolts) ili kupunguza hasara za nguvu.

102. Matokeo yasiyo ya maana

(a) Ni sasa gani inahitajika$\displaystyle 1.00×10^2MW$ kupitisha nguvu kwenye 10.0 kV?

(b) Pata upinzani wa kilomita 1.00 ya waya ambayo ingeweza kusababisha kupoteza nguvu 0.0100%.

(d) Ni nini maana kuhusu matokeo haya?

(e) Ni mawazo gani yasiyo ya maana, au ni majengo gani yasiyofanana?

103. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

Fikiria joto la kuzamishwa kwa umeme linalotumiwa kwa joto la kikombe cha maji ili kufanya chai. Kujenga tatizo ambalo unahesabu upinzani unaohitajika wa heater ili uongeze joto la maji na kikombe kwa muda unaofaa. Pia uhesabu gharama ya nishati ya umeme iliyotumiwa katika mchakato wako. Miongoni mwa mambo ya kuchukuliwa ni voltage kutumika, raia na uwezo wa joto kushiriki, hasara ya joto, na wakati ambapo inapokanzwa hufanyika. Mwalimu wako anaweza kutaka kufikiria kubadili usalama wa mafuta (labda bimetallic) ambayo itasimamisha mchakato kabla ya joto la kuharibu linafikiwa kwenye kitengo cha kuzamishwa.

20.5: Kubadilisha sasa dhidi ya Sasa ya Moja kwa moja

104. (a) Upinzani wa moto wa wigo wa mwanga wa 25-W unaoendesha kwenye 120-V AC ni nini?

(b) Ikiwa joto la uendeshaji wa bulbu ni$\displaystyle 2700ºC$, upinzani wake ni$\displaystyle 2600ºC$ nini?

105. Baadhi ya vifaa vya viwanda nzito hutumia nguvu ya AC ambayo ina voltage ya kilele cha 679 V. voltage ya RMS ni nini?

Suluhisho
480 V

106. Mzunguko fulani wa mzunguko husafiri wakati RMS sasa ni 15.0 A. ni nini sambamba kilele sasa?

107. Ndege ya kijeshi hutumia nguvu 400-Hz AC, kwa sababu inawezekana kubuni vifaa vya uzito nyepesi katika mzunguko huu wa juu. Ni wakati gani wa mzunguko mmoja kamili wa nguvu hii?

Suluhisho
2.50 ms

108. Utalii wa Amerika ya Kaskazini anachukua yake 25.0-W, 120-V AC wembe kwa Ulaya, hupata adapta maalum, na kuziba ndani ya 240 V AC. Kutokana na upinzani wa mara kwa mara, ni nguvu gani ambayo wembe hutumia kama imeharibiwa?

109. Katika tatizo hili, utakuwa kuthibitisha kauli yaliyotolewa mwishoni mwa hasara ya nguvu kwa Mfano. (a) Ni sasa gani inahitajika kupitisha MW 100 ya nguvu kwa voltage ya 25.0 kV? (b) Kupata kupoteza nguvu katika 1.00 -Ω ukubwa 12 {1 “.” “00"- %OMEGA} {} maambukizi line. (c) Ni asilimia gani hasara hii inawakilisha?

Suluhisho
(a) 4.00 kA
(b) 16.0 MW
(c) 16.0%

110. Kiyoyozi kidogo cha jengo la ofisi kinafanya kazi kwenye AC 408-V na hutumia 50.0 kW.

(a) Upinzani wake wa ufanisi ni nini?

(b) Ni gharama gani ya kuendesha kiyoyozi wakati wa mwezi wa majira ya joto wakati wa saa 8.00 kwa siku kwa siku 30 na gharama za umeme$\displaystyle 9.00 cents/kW⋅h$?

111. Matumizi ya nguvu ya kilele cha tanuri ya microwave ya 120-V AC ambayo huchota 10.0 A?

Suluhisho
2.40 kW

112. Je, ni kilele cha sasa kwa njia ya heater ya chumba cha 500-W ambayo inafanya kazi kwenye nguvu ya 120-V AC?

113. Vifaa viwili vya umeme vina matumizi sawa ya nguvu, lakini moja ina maana ya kuendeshwa kwenye 120-V AC na nyingine kwenye AC 240-V.

(a) Uwiano wa kupinga kwao ni nini?

(b) Uwiano wa mikondo yao ni nini?

(c) Kutokana na upinzani wake haukuathiriwa, kwa sababu gani nguvu itaongezeka ikiwa kifaa cha AC cha 120-V kinaunganishwa na AC 240-V?

Suluhisho
(a) 4.0
(b) 0.50
(c) 4.0

114. Waya wa Nichrome hutumiwa katika hita za radiative.

(a) Pata upinzani unahitajika ikiwa pato la wastani la nguvu linapaswa kuwa 1.00 kW kwa kutumia 120-V AC.

(b) Ni urefu gani wa waya wa Nichrome, una eneo la msalaba$\displaystyle 5.00mm^2$, inahitajika ikiwa joto la uendeshaji ni$\displaystyle 500º C$?

115. Pata muda baada ya$\displaystyle t=0$ wakati voltage instantaneous ya 60-Hz AC kwanza kufikia maadili yafuatayo:

(a)$\displaystyle V_0/2$

(b)$\displaystyle V_0$

Suluhisho
(a) 1.39 ms
(b) 4.17 ms
(c) 8.33 ms

116. (a) Kwa nini mara mbili katika kipindi cha kwanza zifuatazo$\displaystyle t=0$ gani voltage instantaneous katika 60-Hz AC sawa$\displaystyle V_{rms}$?

(b)$\displaystyle −V_{rms}$?

20.6: Hatari za umeme na Mwili wa Binadamu

117. (a) Ni kiasi gani nguvu ni dissipated katika mzunguko mfupi wa 240-V AC kupitia upinzani wa$\displaystyle 0.250Ω$?

(b) Ni mtiririko gani wa sasa?

Suluhisho
(a) 230 kW
(b) 960 A

118. Ni voltage gani inayohusika katika mzunguko mfupi wa 1.44-kW kupitia$\displaystyle 0.100-Ω$ upinzani?

119. Pata sasa kupitia mtu na kutambua athari inayowezekana kwake ikiwa anagusa chanzo cha AC cha 120-V

(a) kama yeye ni amesimama juu ya kitanda mpira na inatoa upinzani jumla ya$\displaystyle 300 kΩ$;

(b) ikiwa amesimama bila nguo kwenye nyasi za mvua na ana upinzani wa tu$\displaystyle 4000 kΩ$.

Solution
(a) 0.400 mA, hakuna athari
(b) 26.7 mA, contraction misuli kwa muda wa mshtuko (hawezi basi kwenda)

120. Wakati wa kuoga, mtu hugusa kesi ya chuma ya redio. Njia kwa njia ya mtu kwa drainpipe na ardhi ina upinzani wa$\displaystyle 4000Ω$. Je, ni voltage ndogo zaidi kwenye kesi ya redio ambayo inaweza kusababisha fibrillation ya ventricular?

121. Kwa ujinga kujaribu samaki kipande cha mkate kinachochomwa kutoka kwenye kibaniko na kisu cha siagi ya chuma, mtu huwasiliana na 120-V AC. Yeye hajisikii hata tangu, kwa bahati, amevaa viatu vya mpira. Je, ni upinzani wa chini wa njia ambayo sasa inafuata kupitia mtu?

Suluhisho
$\displaystyle 1.20×10^5Ω$

122. (a) Wakati wa upasuaji, sasa kama ndogo kama$\displaystyle 20.0 μA$ inatumika moja kwa moja kwa moyo inaweza kusababisha fibrillation ya ventricular. Ikiwa upinzani wa moyo ulio wazi ni nini$\displaystyle 300Ω$, ni voltage ndogo ambayo inaleta hatari hii?

(b) Je, jibu lako linamaanisha kuwa tahadhari maalum za usalama wa umeme zinahitajika?

123. (a) Upinzani wa mzunguko mfupi wa 220-V AC unaozalisha nguvu ya kilele cha 96.8 kW?

(b) Nguvu ya wastani ingekuwa nini ikiwa voltage ilikuwa 120 V AC?

Suluhisho
(a)$\displaystyle 1.00Ω$
(b) 14.4 kW

124. Defibrillator ya moyo hupita 10.0 A kupitia torso ya mgonjwa kwa 5.00 ms katika jaribio la kurejesha kupiga kawaida.

(a) Ni kiasi gani cha malipo kilichopita?

(b) Ni voltage gani iliyotumiwa ikiwa 500 J ya nishati iliondolewa?

(d) Pata ongezeko la joto lililosababishwa na kilo 8.00 cha tishu zilizoathirika.

125. Dhana Jumuishi

Mzunguko mfupi katika kamba ya vifaa vya 120-V ina$\displaystyle 0.500-Ω$ upinzani. Tumia kupanda kwa joto la 2.00 g ya vifaa vya jirani, kuchukua uwezo wao maalum wa joto ni$\displaystyle 0.200cal/g⋅ºC$ na kwamba inachukua 0.0500 s kwa mzunguko wa mzunguko ili kuzuia sasa. Je, hii ni uwezekano wa kuharibu?

Suluhisho
Joto huongezeka$\displaystyle 860º C$. Inawezekana sana kuwa na uharibifu.

126. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

Fikiria mtu anayefanya kazi katika mazingira ambapo mikondo ya umeme inaweza kupita kwenye mwili wake. Kujenga tatizo ambalo unahesabu upinzani wa insulation inahitajika kumlinda mtu kutokana na madhara. Miongoni mwa mambo ya kuchukuliwa ni voltage ambayo mtu anaweza kuwa wazi, uwezekano wa upinzani wa mwili (kavu, mvua,...), na mikondo inayokubalika (salama lakini imehisi, salama na isiyojulikana,...).

20.7: Uendeshaji wa never-Electrocardiograms

127. Dhana Jumuishi

Tumia ECG katika Kielelezo ili kuamua kiwango cha moyo katika beats kwa dakika kuchukua muda wa mara kwa mara kati ya beats.

Suluhisho
80 beats/dakika

128. Dhana Jumuishi

(a) Akizungumzia Kielelezo, pata muda wa shinikizo la systolic lipo nyuma katikati ya tata ya QRS.

(b) Jadili sababu za kukimbilia wakati.

Wachangiaji na Majina

Template:ContribOpenStaxCollege