Bacalaureat fizica

Electricitate 30 iunie 2017 filiera tehnologica

Examenul de bacalaureat national 2017

Proba E. d)
Fizica
Filiera tehnologica – profilul tehnic si profilul resurse naturale si protectia mediului
♦ Sunt obligatorii toate subiectele din doua arii tematice dintre cele patru prevazute de programa, adica: A. MECANICA, B. ELEMENTE DE TERMODINAMICA, C. PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU, D. OPTICA
♦ Se acorda 10 puncte din oficiu.
♦ Timpul de lucru efectiv este de 3 ore.
C. PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU   Varianta 4
Se considera sarcina electrica elementara e = 1,6·10^-19 C.
I. Pentru itemii 1-5 scrieti pe foaia de raspuns litera corespunzatoare raspunsului corect. (15 puncte)
1. Simbolurile marimilor fizice fiind cele utilizate in manualele de fizica, unitatea de masura in S.I. a rezistivitatii electrice este:
a.  Ω·m;    b.  Ω/m;    c.  Ω·m²;    d.  Ω/m².   (3p)
Raspuns:   a. R = ρ·ℓ/S,   [ρ]_SI = [R]_SI·[S]_SI/[ℓ]_SI = Ω·m.     → (3p)
2. Doua rezistoare cu rezistentele electrice in raportul R₁/R₂ = 2 sunt legate in serie la bornele unei baterii. Raportul intensitatilor curentilor electrici I₁/I₂ care trec prin cele doua rezistoare este:
a. 0,5;    b.  1;    c.  2;    d.  4;    (3p)
Raspuns:   b.  La legarea in serie rezistoarele sunt strabatute de aceeasi intensitate, adica I₁/I₂ = 1.     → (3p)
3. Simbolurile marimilor fizice fiind cele utilizate in manualele de fizica, relatia prin care este definita intensitatea curentului electric stationar este:
a. I = R/U;    b. I = ΔQ/Δt    c. I= U/P;    d. I = √R/P(   3p)
Raspuns:   b.    → (3p)
4. In graficul din figura alaturata este reprezentata dependenta intensitatii curentului electric printr-un rezistor de tensiunea electrica aplicata la capetele rezistorului. Rezistenta electrica a rezistorului este:
a.  0.1Ω;    b.  1Ω;    c.  10Ω;    d.  20Ω.   (3p)
Raspuns:   c. Pentru I = 2A, U = 20V,
R = U/I = 10Ω.    → (3p)
5. O baterie are tensiunea electromotoare E = 100V si rezistenta interna
r = 10Ω. Tensiunea indicata de un voltmetru ideal (R_v → ∞) legat la bornele bateriei este:
a.  90V;    b.   95V;    c.  99V;    d.  100V.    (3p)
Raspuns:   d.   I = E/r = 10A,   U = E = I·r = 100V.    → (3p)
II. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
In circuitul electric a carui schema este reprezentata in figura alaturata, rezistentele electrice ale rezistoarelor au valorile R₁ = 6Ω, R₂ = 4Ω si R = 12Ω. Rezistorul R este confectionat dintr-un fir conductor cu diametrul sectiunii transversale d = 0,1mm si rezistivitatea electrica ρ = 3.14·10^-8Ω·m. Ampermetrul A din circuit este considerat ideal (R_A → 0Ω).
- Cand intrerupatorul K₁ este inchis si intrerupatorul K₂ este deschis ampermetrul indica un curent de intensitate I₁ = 1.5A.
- Cand intrerupatorul K₁ este deschis si intrerupatorul K₂ este închis intensitatea curentului indicat de ampermetru este I₂ = 2A.
Determinati:
a. lungimea firului conductor din care este confectionat rezistorul R;
Rezolvare:  R = ρ·ℓ/S,   ℓ = R·S/ρ = R·π·d₂/4·ρ = 3m.     → (4p)
b. rezistenta circuitului exterior sursei de tensiune, cand intrerupatoarele K₁ si K₂ sunt deschise;
Rezolvare:  R_ext = R₁ + R₂ + R = 22Ω.    → (4p)
c. tensiunea electromotoare a sursei de tensiune;
Rezolvare:   I₁ = E/(R₁ + r),   I₂ = E/(R₂ + r),
r = (I₁·R₁ - I₂·R₂)/(I₂ - I₁) = 2Ω,
E = [I₁I₂/(I₂ - I₁)]·(R₁ - R₂) = 12V.     → (3p)
d. intensitatea curentului prin ampermetru, cand intrerupatoarele K₁ si K₂ sunt deschise.
Rezolvare:   r = (I₁·R₁ - I₂·R₂)/(I₂ - I₁) = 2Ω,
I = E/(R_ext + r) = 0.5A.    → (4p)
III. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
La bornele unei baterii sunt conectate, in serie, doua rezistoare. Puterile disipate pe cele doua rezistoare sunt P₁ = 200W si P₂ = 100W. Tensiunea electromotoare a bateriei este E = 75V, iar intensitatea curentului electric prin baterie este I = 5A. Determinati:
a. tensiunea electrica la bornele primului rezistor;
Rezolvare;   P₁ = U₁·I,   U₁ = P₁/I = 40V.    → (3p)
b. rezistenta electrica a circuitului exterior bateriei;
Rezolvare;   P₂ = U₂·I,   U₂ = P₂/I = 20V,
U = U₁ + U₂ = I·(R₁ + R₂) = I·R_ext,
R_ext = U/I = 12Ω.    → (4p)
c. energia consumata impreuna de cele doua rezistoare in intervalul de timp
Δt = 5min;
Rezolvare:   W = W₁ + W₁ = (P₁ + P₂)·Δt = 90,000J = 90kJ.     → (4p)
d. randamentul circuitului electric.
Rezolvare:   η = (P₁ + P₂)/P_tot = (P₁ + P₂)/E·I = 0.8 = 80%.     → (4p)