Mạch điện gồm một nguồn E = 150 V, r = 2 W, một đèn Đ có công suất định mức 180 W và một biến trở R t mắc nối tiếp với nhau.
a) Khi R t = 18 Ω thì đèn sáng bình thường. Tìm hiệu điện thế định mức của đèn.
b) Mắc song song với đèn Đ một đèn giống với nó. Tìm R t để hai đèn sáng bình thường.
c) Với nguồn trên, có thể thắp sáng tối đa bao nhiêu đèn giống như Đ. Hiệu suất của nguồn khi đó là bao nhiêu?
a) Hiệu điện thế định mức của đèn:
Ta có: I = E R t + R Đ + r = 150 18 + R Đ + 2 = 150 20 + R Đ ; U Đ = I . R Đ = 150 R Đ 20 + R Đ ;
U Đ = P I = 180 150 20 + R Đ = 24 + 1 , R Đ = 150 R Đ 20 + R Đ ⇒ 1 , 2 R Đ 2 - 102 R Đ + 108 = 0 ⇒ R Đ = 80 Ω h o ặ c R Đ = 5 Ω ⇒ U Đ = 120 V h o ặ c U Đ = 30 V
b) Tìm R t để hai đèn sáng bình thường:
* Khi U Đ = 120 V : I Đ = P U = 180 120 = 1 , 5 ( A ) ; I = 2 . I Đ = 2 . 1 , 5 = 3 ( A ) ;
U N = U t + U Đ = E - I r = 150 - 3 . 2 = 144 ( V ) ⇒ U t = U N - U Đ = 144 - 120 = 24 ( V ) ⇒ R t = U t I = 24 3 = 8 ( Ω ) .
* Khi U Đ = 30 V : I Đ = P U = 180 30 = 6 ( A ) ; I = 2 . I Đ = 2 . 6 = 12 ( A ) ;
U N = U t + U Đ = E - I r = 150 = 12 . 2 = 126 ( V ) ⇒ U t = U N - U Đ = 126 - 30 = 96 ( V ) ⇒ R t = U t I = 96 12 = 8 ( Ω ) .
c) Số đèn tối đa có thể thắp sáng:
* Với đèn có U Đ = 120 V : I Đ = P U = 180 120 = 1 , 5 ( A ) ; I = n . I Đ = 1 , 5 n .
I = 1 , 5 n = E R t + R Đ n + r ⇒ E = 1 , 5 n . R t + 1 , 5 . R Đ + 1 , 5 . n . r ⇒ n = E - 1 , 5 R Đ 1 , 5 ( R t + r ) ⇒ n = n m a x k h i R t = 0 v à n m a x = 150 - 1 , 5 . 80 1 , 5 . 2 = 10 .
Hiệu suất khi đó: H = U E = 120 150 = 0 , 8 = 80 %
* Với đèn có U Đ = 30 V : I Đ = P U = 180 30 = 6 ( A ) ; I = n . I Đ = 6 n .
I = 6 n = E R t + R Đ n + r ⇒ E = 6 . n . R t + 6 . R Đ + 6 . n . r ⇒ n = E - 6 . R Đ 6 ( R t + r ) ⇒ n = n m a x k h i R t = 0 v à n m a x = 150 - 6 . 5 6 . 2 = 10
Hiệu suất khi đó: H = U E = 30 150 = 0 , 2 = 20 %
