ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Постоянный ток 14.14

[Александр Сакович]

14.14 (17.22). При нагревании спирали лампы накаливания протекающим по ней электрическим током основная часть подводимой энергии теряется в виде теплового излучения. На рисунке изображены графики зависимости мощности тепловых потерь лампы от температуры спирали P = P(T) и силы тока от приложенного напряжения I = I(U).

Выберите все верные утверждения о физических величинах, характеризующих этот процесс.
1) С увеличением напряжения на лампе температура её спирали увеличивается.
2) При мощности тепловых потерь 50 Вт температура нити накала лампы более 2800 К.
3) При силе тока через лампу 1,5 А температура нити накала составляет менее 3000 К.
4) При напряжении на лампе 100 В тепловая мощность, выделяемая на лампе, равна 80 Вт.
5) При мощности тепловых потерь 150 Вт напряжение на лампе составляет 100 В.
Ответ: ____.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

Анализ условия. 1) Из первого графика условия мы можем по мощности P тепловых потерь лампы определить температуру спирали T лампы и наоборот.
2) Из второго графика условия мы можем по силе тока I определить напряжение U на лампе и наоборот.

Решение. Проверим каждое утверждение.
1) С увеличением напряжения на лампе температура её спирали увеличивается.
Мощность лампы равна
\[P=U\cdot I.\]
Из графика 2 определяем, что с увеличением напряжения U на лампе увеличивается и сила тока I. Тогда из данного уравнения следует, что мощность P увеличивается.
Из графика 1 определяем, что с увеличением мощности P лампы увеличивается температура T её спирали.
Утверждение № 1 верное.

2) При мощности тепловых потерь 50 Вт температура нити накала лампы более 2800 К.
Из графика 1 определяем, что при мощности P = 50 Вт температура нити накала лампы T ≈ 2500 К
Утверждение № 2 неверное.

3) При силе тока через лампу 1,5 А температура нити накала составляет менее 3000 К.
Из графика 2 определяем, что при силе тока I = 1,5 А напряжении U = 20 В. Мощность тока в этом случае равна
\[P=U\cdot I,\ \ P\approx 20\cdot 1,5=30\ \text{Вт}.\]
Из графика 1 определяем, что при мощности P ≈ 30 Вт температура нити накала лампы T ≈ 2000 К (см. рисунок 1).
Утверждение № 3 верное.

4) При напряжении на лампе 100 В тепловая мощность, выделяемая на лампе, равна 80 Вт.
Из графика 2 определяем, что при напряжении U = 100 В значение силы тока I = 2 А.
Мощность тока P, напряжение U и сила тока I связаны соотношением
\[P=U\cdot I,\ \ P=100\cdot 2=200\ \text{Вт}.\]
Утверждение № 4 неверное.

5) При мощности тепловых потерь 150 Вт напряжение на лампе составляет 100 В.
Из графика 2 определяем, что при напряжении U = 100 В сила тока I = 2 А. Мощность тока в этом случае равна
\[P=U\cdot I,\ \ P=100\cdot 2=200\ \text{Вт}.\]
Утверждение № 5 неверное.
Ответ: 13.