20

Решение: Время работы резисторов

ОГЭ · Физика · Задание 20 · Электрический ток и цепи
ПовышеннаяФИПИ1878E5Развёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Три одинаковых резистора включают в сеть постоянного напряжения сначала при параллельном соединении, а затем при последовательном. При параллельном подключении за 1 мин резисторы потребляют некоторое количество электрической энергии. За какое время проводники потребляют такую же энергию при последовательном подключении?

Дайте развернутый ответ с объяснением и необходимыми вычислениями.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

Обозначим сопротивление каждого резистора через $R$, а напряжение сети — через $U$. При параллельном соединении эквивалентное сопротивление трёх одинаковых резисторов равно:

$$R_{\text{п}} = \frac{R}{3}$$
2

Мощность, потребляемая резисторами при параллельном соединении, равна:

$$P_{\text{п}} = \frac{U^2}{R_{\text{п}}} = \frac{3U^2}{R}$$
3

При последовательном соединении эквивалентное сопротивление равно $3R$, поэтому мощность цепи составляет:

$$P_{\text{с}} = \frac{U^2}{3R}$$
4

Сравним мощности двух соединений:

$$\frac{P_{\text{п}}}{P_{\text{с}}} = \frac{3U^2/R}{U^2/(3R)} = 9$$

Энергия электрического тока определяется формулой $A = Pt$. Чтобы энергия была одинаковой, время обратно пропорционально мощности. Поэтому при последовательном соединении потребуется в 9 раз больше времени, чем 1 минута:

$$t_{\text{с}} = 9t_{\text{п}} = 9 \cdot 1\ \text{мин} = 9\ \text{мин} = 540\ \text{с}$$
Ответ

При последовательном соединении резисторы потребят такую же энергию за 9 мин, или 540 с.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Сравнивают сопротивления соединений вместо мощностей.

Забывают, что при постоянном напряжении мощность равна $P = \dfrac{U^2}{R}$.

Получают отношение времён, равное 3, хотя отношение мощностей равно 9.

Закрепить приёмВ теме «Электрический ток и цепи» ещё 207 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 20 ОГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Электрический ток и цепи»: в ней 208 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.