Prąd elektryczny stały — sprawdź się

Klucz odpowiedzi

Klucz zaczyna się na nowej stronie. Aby wydrukować sam arkusz, dopisz ?klucz=0 na końcu adresu.

1. 1.

   C

   Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków. Bez źródła elektrony poruszają się chaotycznie (wypadkowo ładunek nigdzie nie płynie); napięcie źródła nakłada na to powolny, uporządkowany dryf — i to jest prąd.

2. 2.

   C

   Umówiono się (zanim odkryto elektron), że kierunek prądu to kierunek ruchu ładunków dodatnich: od „+" do „−" na zewnątrz źródła. Elektrony są ujemne, więc płyną w przeciwną stronę niż umowny kierunek prądu.

3. 3.

   0,3 A

   Najpierw zamieniamy czas na sekundy: $t = 2\ \text{min} = 120\ \text{s}$. Następnie: $$I = \frac{q}{t} = \frac{36}{120} = 0{,}3\ \text{A}$$ Gdzie $I$ — natężenie [A], $q$ — ładunek [C], $t$ — czas [s]. To $0{,}3\ \text{A} = 300\ \text{mA}$.

4. 4.

   3 V

   Napięcie to energia przypadająca na jednostkę ładunku: $$U = \frac{W}{q} = \frac{12}{4} = 3\ \text{V}$$ Gdzie $U$ — napięcie [V], $W$ — praca [J], $q$ — ładunek [C]. Bo $1\ \text{V} = 1\ \tfrac{\text{J}}{\text{C}}$.

5. 5.

   D

   Napięcie (różnica potencjałów) „popycha" ładunki — jest przyczyną. Natężenie mówi, ile ładunku faktycznie płynie — jest skutkiem. To dwie różne wielkości (jak ciśnienie i przepływ wody).

6. 6.

   C

   Amperomierz musi mierzyć cały przepływający prąd, więc włączamy go szeregowo (ma bardzo mały opór). Woltomierz mierzy różnicę napięć między końcami elementu, więc podłączamy go równolegle (ma bardzo duży opór).

7. 7.

   0,05 A

   Z prawa Ohma: $$I = \frac{U}{R} = \frac{11}{220} = 0{,}05\ \text{A}$$ Gdzie $I$ — natężenie [A], $U$ — napięcie [V], $R$ — opór [$\Omega$]. To $0{,}05\ \text{A} = 50\ \text{mA}$.

8. 8.

   Prawda

   Prawda. Z $I = \tfrac{U}{R}$ przy stałym $U$ natężenie jest odwrotnie proporcjonalne do oporu — im większy $R$, tym mniejszy prąd $I$. Uczniowie często mylą kierunek tej zależności.

9. 9.

   A

   W $R = \rho\tfrac{l}{S}$ pole przekroju $S$ jest w mianowniku, więc większe $S$ (grubszy drut) daje mniejszy opór. Grubszym drutem prąd płynie łatwiej — jak wodzie w szerszej rurze.

10. 10.

    Fałsz

    Fałsz. Same elektrony dryfują bardzo wolno (ułamki milimetra na sekundę). Z prędkością bliską światła rozchodzi się pole elektryczne (sygnał), które niemal jednocześnie „rusza" wszystkie elektrony w całym przewodzie — dlatego lampa świeci od razu.

11. 11.

    0,8 A

    Z I prawa Kirchhoffa (zasada zachowania ładunku) suma prądów wypływających równa się prądowi wpływającemu: $I = I_1 + I_2$, stąd $$I_2 = I - I_1 = 2 - 1{,}2 = 0{,}8\ \text{A}$$ Ładunek nie znika w węźle — ile do niego dopłynie, tyle musi odpłynąć.

12. 12.

    Prawda

    Prawda. $1\ \text{kWh} = 1000\ \text{W}\cdot 3600\ \text{s} = 3\ 600\ 000\ \text{J} = 3{,}6\ \text{MJ}$. Częsty błąd to przyjęcie $1\ \text{kWh} = 1000\ \text{J}$ — trzeba pamiętać o pomnożeniu przez czas $3600\ \text{s}$.

13. 13a.

    0,2 kWh

    $t = 6\ \text{min} = 0{,}1\ \text{h}$, więc $$W = P\cdot t = 2\ \text{kW}\cdot 0{,}1\ \text{h} = 0{,}2\ \text{kWh}$$

14. 13b.

    0,16 zł

    $$\text{koszt} = W\cdot \text{cena} = 0{,}2\ \text{kWh}\cdot 0{,}80\ \tfrac{\text{zł}}{\text{kWh}} = 0{,}16\ \text{zł}$$ Czyli ok. 16 groszy.

15. 13c.

    C

    Licznik sumuje energię (pracę prądu) w kilowatogodzinach. Moc $P$ [W] to tylko tempo zużywania energii; rachunek płacimy za całkowitą energię $W$ [kWh].

16. 14a.

    2 A

    Z prawa Ohma: $$I = \frac{U}{R} = \frac{12}{6} = 2\ \text{A}$$

17. 14b.

    24 W

    $$P = U\cdot I = 12\cdot 2 = 24\ \text{W}$$ Gdzie $P$ — moc [W], $U$ — napięcie [V], $I$ — natężenie [A].

18. 14c.

    7200 J

    $$W = P\cdot t = 24\ \text{W}\cdot 300\ \text{s} = 7200\ \text{J}$$ Równoważnie $W = U\cdot I\cdot t = 12\cdot 2\cdot 300 = 7200\ \text{J}$. Ta energia zamienia się w oporniku na ciepło.