Bacalaureat fizica

Electricitate iunie 2017 filiera
teoretica

Examenul de bacalaureat national 2017

Proba E. d)
Proba scrisa la FIZICA
Filiera teoretica profilul real,
Filiera vocationala profilul militar
♦ 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 3
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. Puterea maxima transferata circuitului exterior de catre o sursa cu t.e.m.
E = 6V este egala cu P_max = 45W. Rezistenta interioara a sursei este egala cu:
a.  0,2 Ω;    b.  0,6 Ω;    c.  0,8 Ω;    d.  1,25 Ω.    (3p)
Raspuns:   a. P = I²·R = E²·R/(R + r)². Daca R = r, atunci
P = P_max = E²/4·r,  → r = 0.2  →  (3p)
2. Tensiunea la bornele unui reostat (rezistor a carui rezistenta electrica poate fi variata) este mentinuta constanta. In graficul alaturat este reprezentata intensitatea curentului prin reostat in functie de rezistenta acestuia, I = f (R). Cand rezistenta electrica a reostatului este R = 40 Ω intensitatea curentului electric prin reostat are valoarea:
a.  50 mA;    b.  75 mA;    c.  100 mA;    d.  150 mA.    (3p)
Raspuns:   b. U = I·R = 0.05A·60Ω = 3V, → I = U/R = 3V/40Ω = 75mA.    (3p)
3. Rezistenta electrica a unei laturi a cadrului in forma de patrat este R. Rezistenta echivalenta a cadrului intre punctele A si B este:
a.  R/2;    b.  R;    c.  3R;    d.  4R.   (3p)
Raspuns:   b. R_paralel = 2R·2R/(2R + 2R) = R.    (3p)
4. Unitatea de masura in S.I. a produsului dintre rezistivitatea electrica si intensitatea curentului electric este:
a.  Ω·A;    b.  V·Ω^-1;    c.  Ω·A^-1;     d.  V·m;    (3p)
Raspuns:   d. ρ·I = Ω·m·A = V·m.    (3p)
5.optica.iunie.II.d.2017 Schema unui circuit electric este redata in figura alaturata. Bateria are t.e.m. E = 12V si rezistenta interioara r = 3,7 Ω, iar rezistenta electrica a consumatorului R = 6,3 Ω. Intrerupatorul k este deschis. Un voltmetru ideal (R_V→ ∞) conectat la bornele rezistorului va indica:
a.  0 V;    b.  1,2 V;    c.  7,56 V;    d.  12 V.    (3p)
Raspuns:   a.  pentru ca circuitul este deschis I= 0, → U = 0 V.   (3p)
II. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
In figura alaturata este reprezentata schema unui circuit electric. Rezistenta interioara a bateriei este
r = R/6,
iar R = 100Ω. Cand intrerupatorul K este deschis ampermetrul indica I₁ = 0,36 A. Stiind ca ampermetrul este considerat ideal (R_A → 0 Ω), sa se determine:
a. rezistenta echivalenta a circuitului exterior sursei cand intrerupatorul K este deschis;
Rezolvare:  R_echiv = 3R·3R/6R = 150Ω.  → (4p)
b. tensiunea electromotoare E a bateriei;
Rezolvare:  E = I₁·R_totala = I₁·(R_echiv + r) = I₁·(3R/2 + R/6) = I₁·5/3·R = 0.36A·5/3·100Ω = 60V.  → (3p)
c. indicatia ampermetrului cand intrerupatorul K este inchis;
Rezolvare:  I' = E/(R_e.ext + r) = E/[(4/3)R + R/6] = 0.4A.    → (4p)
d. indicatia unui voltmetru ideal (R_V → ∞) conectat intre punctele A si B in locul intrerupatorului.
Rezolvare:  R_v → ∞, I_v = 0. Cele doua ramuri CAD si CBD sunt parcurse de curenti de aceeasi intensitate I' (fiecare ramura are aceeasi rezistenta echivalenta 3R).
I₁ = 2·I' = E/(R_CADBC + r) = 0.36A. Aplicam pentru ochiul I de retea legea lui Kirchhoff:
(I₁/2)·2R + U - (I₁/2)·R = 0. U = -18V. Schimband sensul curentului U = 18V.  → (4p)
III. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
Filamentul unui bec are lungimea totala de 44 cm. Pe bec sunt inscriptionate valorile nominale (220 V; 100 W), iar temperatura filamentului, la aceste valori, este t = 2000^oC. Pentru a asigura functionarea normala a becului, daca acesta se conecteaza la o tensiune U = 250 V, se monteaza in serie cu acesta o rezistenta aditionala. Filamentul becului este din wolfram si se cunosc, pentru wolfram: rezistivitatea la t_o = 0^oC
ρ_o = 56.5·10^-8Ω·m si coeficientul termic al rezistivitati, α = 4,5·10^-3 grad^-1. Sa se calculeze:
a. rezistenta filamentului cand acesta functioneaza la parametrii nominali;
Rezolvare:   P_n = U_n·I_n = U²_n/R,   R = U²_n/P_n = 484Ω   → (3p)
b. aria sectiunii transversale a filamentului, daca se neglijeaza variatiile dimensiunilor acestuia cu temperatura;
R = ρ·ℓ/S,   S = ρ·ℓ/R = ℓ·ρ_o(1 + α·t) = 5·10^-10m².   → (4p)
c. valoarea rezistentei aditionale care asigura functionarea normala a becului;
Rezolvare:   U = U_n + I_n·R_a = U_n + (P_n/U_n)·R_a,
R_a = (U - U_n)·U_n/P_n = 66Ω.   → (4p)
d. energia totala consumata de bec impreuna cu rezistenta aditionala in 22 de minute de functionare.
Rezolvare:  W = U·I·t = U·(P_n/U_n)·t = 144932J ≈ 145kJ.   → (4p)