Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 21 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
21
Dung lượng
603,5 KB
Nội dung
Dạng CƠNG VÀ CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN A PHƯƠNG PHÁP GIẢI Cơng cơng suất dịng điện đoạn mạch – Cơng dịng điện: A = UIt A – Cơng suất dòng điện: P = = UI t Nhiệt lượng công suất tiêu thụ đoạn mạch tỏa nhiệt – Nhiệt lượng: Q = A = UIt = RI2t = – Công suất nhiệt: P = U2 t R Q U2 = UI = RI2 = t R Chú ý: – Đơn vị A Q J, kWh cal (calo) với: + 1kWh (số công–tơ điện) = 3.600.000J = 3.600kJ + 1J = 0,24 cal; 1cal = 4,18J – Các dụng cụ tỏa nhiệt thường gặp bóng đèn, bàn là, bếp điện,… Các dụng cụ hoạt động bình thường hiệu điện đặt vào hai đầu dụng cụ hiệu điện định mức (ghi dụng cụ), lúc dịng điện qua dụng cụ dịng điện định mức cơng suất tiêu thụ dụng cụ công suất định mức (ghi dụng cụ) B VÍ DỤ MẪU Ví dụ 1: Một bàn sử dụng với hiệu điện định mức 220V 30 phút tiêu thụ lượng điện 1440 kJ Hãy tính: a) Cơng suất điện bàn b) Điện trở bàn dịng điện chạy qua Hướng dẫn giải A 1440.103 a) Công suất tiêu thụ bàn là: P 800W t 30.60 A 1440.103 40 b) Cường độ dòng điện qua bàn là: A Q UIt I A Ut 220.30.60 11 U + Điện trở bàn là: R 60,5 I Ví dụ 2: Một bếp điện sử dụng liên tục 1,8 hiệu điện 220V, số cơng tơ điện tăng thêm 2,4 số a) Tính điện mà bếp điện sử dụng, công suất bếp điện cường độ dòng điện chạy qua bếp thời gian nói b) Giả sử số điện có giá 2000 VNĐ số tiền phải trả dùng bếp ngày 1,8 thời gian tháng (30 ngày) bao nhiêu? 204 Hướng dẫn giải a) Điện mà bếp tiêu thụ: A = 2,4 số = 2,4 kW.h A 2, 4 kW + Công suất bếp: P t 1,8 P 4.103 200 A 6,06 A U 3.220 33 b) Số điện mà bếp tiêu thụ là: n 2, 4.30 72 số + Số tiền điện phải trả: 72.2000 = 144.000 VNĐ + Cường độ dòng điện qua bếp: P UI I Ví dụ 3: Bếp điện mắc vào nguồn U = 120V Tổng điện trở dây nối từ nguồn đến bếp 1 Công suất tỏa nhiệt bếp 1,1kW Tính cường độ dịng điện qua bếp điện trở bếp Hướng dẫn giải Mạch điện vẽ lại sau: U U I = Cường độ dòng điện qua mạch chính: I R+R b Hiệu điện hai đầu bếp: Ub = RbI = U 2b UR b R+R b R Rb U2.R b =( ) = Công suất toả nhiệt bếp: P = Rb R+R b R b (R+R b)2 1100 = 1202.R b (R b+1)2 U.R b 144R b =11(R b+1)2 11R2b - 122R b+11 =0 R b =11Ω Cường độ dòng điện qua bếp: I = U 120 = =10A R+R b 1+11 Vậy: Cường độ dòng điện qua bếp I = 10A, điện trở bếp R b = 11 Ví dụ 4: Cho hai đèn 120V – 40W 120V – 60W mắc nối tiếp vào nguồn U = 240V a) Tính điện trở đèn cường độ dòng điện qua hai đèn b) Tính hiệu điện cơng suất tiêu thụ đèn Nhận xét độ sáng đèn Cho biết điều kiện để hai đèn 120V sáng bình thường mắc nối tiếp vào nguồn 240V gì? Hướng dẫn giải a) Điện trở đèn cường độ dòng điện qua hai đèn 205 U2đm Điện trở đèn 1: R1 = Pđm Điện trở đèn 2: R2 = U2đm Pđm = 1202 =360Ω 40 = 1202 =240Ω 60 Cường độ dòng điện qua hai đèn: I = U 240 = =0,4A R1+R2 360+240 b) Hiệu điện công suất tiêu thụ đèn Hiệu điện đèn 1: U1 = R1I = 360.0,4 = 144V Công suất tiêu thụ đèn 1: P1 = R1I2 = 360.0,42 = 57,6W Hiệu điện đèn 2: U2 = R2I = 240.0,4 = 96V Công suất tiêu thụ đèn 2: P2 = R2I2 = 240.0,42 = 38,4W Ta có: P1 > Pđm đèn sáng chói P2 < Pđm2 đèn sáng mờ Để hai đèn 120V sáng bình thường mắc nối tiếp vào nguồn 240V hai đèn phải có cơng suất định mức Ví dụ 5: Để trang trí cho quầy hàng, người ta dùng bóng đèn 6V - 9W mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện khơng đổi U = 240V a) Tìm số bóng đèn cần dùng để chúng sáng bình thường b) Nếu có bóng bị cháy, người ta nối tắt đoạn mạch có bóng lại cơng suất tiêu thụ bóng tăng hay giảm phần trăm ? Hướng dẫn giải U 240 40 (bóng) a) Số bóng cần dùng: n UĐ b) Điện trở bóng: R Đ U 2Đ 62 4 PĐ + Nếu có bóng bị cháy điện trở tổng cộng bóng cịn lại là: R= 39RĐ = 156 U 240 1,54A + Dòng điện qua đèn là: I R 156 + Công suất tiêu thụ bóng là: P = I2RĐ = 9,47W 9, 47 100% 5, 2% + Nghĩa tăng lên so với trước: Nhận xét: Vì cơng suất đèn vượt q giá trị định mức nên dễ cháy Ví dụ 6: Có hai bóng đèn có ghi: đèn (220V – 100W), đèn (110V – 60W) 206 a) Nêu ý nghĩa số liệu b) Ghép hai bóng đèn nối tiếp Hỏi công suất tối đa mà hai bóng đèn chịu c) Ghép hai bóng đèn song song Hỏi công suất tối đa mà hai bóng đèn chịu Hướng dẫn giải a) Cho biết hiệu điện lớn đèn tương ứng UĐ1 = 220V, UĐ2 = 110V công suất lớn bóng đèn tương ứng P Đ1 = 100W, PĐ2 = 60W A nên: Pnt I maxĐ1 R Đ2R b) Khi mắc nối tiếp Imax = I1 = 11 PĐ1 U Đ1 I A, R 484 Đ1 Đ1 U Đ1 11 PĐ1 Ta có: I PĐ2 A, R U Đ2 605 Đ2 Đ2 U Đ2 11 PĐ2 Vậy: Pnt I maxĐ1 R Đ2R 141,67W R Đ1R Đ2 c) Khi mắc song song Umax = UĐ2 = 110W Pss U max : R Đ1 R Đ1 U 2Đ1 U 220V,R 484 Đ1 Đ1 PĐ1 Ta có: U 110V,R U Đ2 605 Đ2 Đ2 PĐ1 R Đ1R Đ2 Vậy: Pss U max : 84,628W R Đ1 R Đ1 Ví dụ 7: Một bếp điện gồm hai điện trở R1 R2 mắc nối tiếp song song vào hiệu điện không đổi Lúc đầu hai điện trở mắc nối tiếp sau chuyển qua mắc song song Công suất bếp tăng lên hay giảm Tăng lên hay giảm lần Tính R1 theo R2 để công suất bếp điện tăng lên (hay giảm đi) Hướng dẫn giải U2 + Lúc đầu hai điện trở mắc nối tiếp nên ta có: Pnt I R R R1 R R 1R U R R + Lúc sau hai điện trở mắc song song nên ta có: Pss I R 1R R1 R 207 P R1 R R1 R + Ta có: ss RR Pnt R 1R 2 + Theo bất đẳng thức cô-si: R1 R R 1R Pss 2 Pnt + Dấu “ = ” xảy R1 = R2 Vậy chuyển từ mắc nối tiếp sang mắc song song cơng suất tăng lên lần Ví dụ 8: Người ta dùng ấm nhơm có khối lượng m1 = 0,4 kg để đun lượng nước m2 = kg sau 20 phút nước sơi Bếp điện có hiệu suất H = 60% dùng mạng điện có hiệu điện U = 220V Nhiệt độ ban đầu nước t = 200C, nhiệt dung riêng nhôm c1 = 920 J/kg.K, nhiệt dung riêng nước c2 = 4,18 kJ/kg.K Hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp cho ấm nước dòng điện chạy qua bếp Hướng dẫn giải + Nhiệt lượng thu vào ấm nước: Qthu = (m1c1 + m2c2)to = 698240 J + Do hiệu suất đạt 60% nên nhiệt lượng thực tế phải cung cấp là: Q Q toa thu 1,164.106 J H Q toa 4, 41 A + Cường độ dòng điện chạy qua bếp: Q toa UIt I Ut Ví dụ 9: Một dây xoắn cuả ấm điện có tiết diện 0,20 mm2, chiều dài 0,1 m Tính thời gian cần thiết để đun sơi lít nước từ 27 oC hiệu điện đặt vào hai đầu dây xoắn 220V Biết hiệu suất cuả ấm 80%, điện trở suất cuả chất làm dây xoắn 5,4.10-5m, nhiệt dung riêng cuả nước 4200 J/kg.K, khối lượng riêng nước D = 1000kg/m3 Hướng dẫn giải l 10 5 27 + Điện trở cuả dây xoắn là: R 5, 4.10 s 0, 2.10 6 + Nhiệt lượng có ích để đun cho nước đến sôi: Q mc t t1 DVc t t1 1000.2.103.4200 100 27 613200J + Bếp có hiệu suất 80% nên nhiệt lượng bếp phải cấp: Qi 613200 766500J H 0,8 + Nhiệt lượng điện chuyển thành từ dây xoắn Do thời gian cần Q thiết để đun cho nước sôi là: Q I Rt U2 Q.R 766500.27 tt 427,59s = R U 2202 7,13 phút 208 Ví dụ 10: Để đun sôi ấm nước người ta dùng hai dây dẫn R 1, R2 Nếu dùng R1 sau 10 phút nước sơi, dùng R2 sau 15 phút nước sôi Biết hiệu điện nguồn điện không đổi, bỏ qua tỏa nhiệt từ ấm môi trường Hỏi thời gian đun nếu: a) Dùng hai dây ghép song song b) Dùng hai dây ghép nối tiếp Hướng dẫn giải Nếu ấm nước có hai sợi dây nung R R2 dùng nguồn (giá trị hiệu điện không thay đổi) để đun lượng nước định Q U khơng đổi U2 U2 Q I Rt t R t + Ta có: R Q + Áp dụng cho trường hợp dùng R1 dùng R2 ta có: U2 U2 U2 U2 R R1 R Q t R nt R R Q t nt Q t1 Q t R R R U t Q Q Q 2 R ss R1 R U t ss U t1 U t Q t nt t1 t 1 t t t ss a) Khi dùng dây ghép song song thì: tt 1 10.15 t ss 6 t ss t1 t t1 t 10 15 phút b) Khi dùng dây ghép nối tiếp thì: t nt t1 t 10 15 25 phút Ví dụ 11: Một ấm nước dùng với hiệu điện 220V đun sơi 1,5 lít nước từ nhiệt độ 200C thời gian 10 phút Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/ (kg.K), khối lượng riêng nước d = 1000 kg/m3 hiệu suất ấm 90% a) Tính điện trở ấm điện b) Tính cơng suất điện ấm c) Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng ấm thời gian 30 ngày, ngày 20 phút, cho giá điện 1000 đồng/(kW.h) Hướng dẫn giải U2 a) Nhiệt lượng mà ấm tỏa thời gian t = 10 phút: Q1 I2 Rt t R + Nhiệt lượng mà nước thu vào: Q mc t t1 DVc t t1 + Vì hiệu suất ấm H = 90% nên ta có: Q H.Q1 DVc t t1 H U2 t R 209 + Vậy: R H U2 t 2202.10.60 = 0,9 52 DVc t t1 1000.1,5.103.4200.80 U 2202 933,33W 0,933kW R 52 c) Thời gian sử dụng ấm 30 ngày là: t = t 30 10h + Điện mà ấm tiêu thụ thời gian 30 ngày dùng là: A P.t 0,933.10 9,33kWh b) Công suất ấm: P I R + Mỗi kWh phải trả số tiền 1000 đồng nên số tiền phải trả cho 9,33kWh 9330 đồng Ví dụ 12: Người ta đun sôi ấm nước bếp điện Ấm tỏa nhiệt khơng khí nhiệt lượng hao phí tỉ lệ với thời gian đun Khi hiệu điện U1= 200V sau phút nước sôi, hiệu điện U = 100V sau 25 phút nước sơi Hỏi hiệu điện U3 = 150V sau nước sơi ? Hướng dẫn giải U2 Ta có cơng suất tồn phần: P R + Gọi ∆P cơng suất hao phí (vì toả nhiệt khơng khí) Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước sôi với hiệu điện thế: U32 U12 U 22 Q1 P t1 ; Q P t ; Q3 P t R R R + Nhiệt lượng Q1, Q2 ,Q3 dùng để làm sơi nước đó: Q1 = Q2 = Q3 U2 U2 U2 P t1 P t P t R R R 2002 P.R 100 P.R 25 (1) Suy ra: 2 100 P.R 25 150 P.R t (2) 2 Từ (1) ta có: 200 P.R 100 P.R 25 P.R 2500 100 P.R 25 9,375 phút 150 P.R Thay ∆P.R = 2500 vào (2) ta có: t3 Ví dụ 13: Cho mạch điện hình vẽ: UAB = U = 6V; R1 = 5,5; R2 = 3; R biến trở a) Khi R = 3,5, tìm cơng suất tiêu thụ đoạn mạch AM M R R2 A B R1 210 b) Với giá trị biến trở R cơng suất tiêu thụ biến trở R đạt giá trị lớn Tìm giá trị lớn Hướng dẫn giải a) Khi R = 3,5 điện trở tương đương mạch là: R AB R1 R R 5,5 3,5 12 Dòng điện chạy mạch: I U 0,5A R AB 12 Công suất đoạn AM là: PAM = I R AM 0,52 R R 0,52 3,5 1,625W b) Ta có: PR I R U 2R R1 R R Theo bất đẳng thức cô-si: R + 62 R 8,5 R 2.R R 17R+8,52 62 8,52 R+ 17 R 8,52 8,52 R 17 R R 8,52 8,52 17 34 PR = max R + 17 = 34 R R 62 8,52 Vậy PRmax = 1,06W Dấu “ = ” xảy R = R 8,5 34 R C BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một bóng đèn dây tóc có ghi 24V – 2,4W a) Cho biết ý nghĩa số Tính điện trở bóng đèn, dịng điện qua bóng đền đèn sáng bình thường b) Mắc bóng đèn vào hai điểm có hiệu điện U = 20V Cho điện trở dây tóc bóng đèn thay đổi khơng đáng kể theo nhiệt độ Tính cơng suất bóng đèn Bài Một bóng đèn dây tóc có ghi 806 – 60W a) Cho biết ý nghĩa số Tính hiệu điện tối ta đặt vào hai đầu bóng đèn; dịng điện qua bóng đền đèn sáng bình thường b) Mắc bóng đèn vào hai điểm có hiệu điện U/ = 200V Cho điện trở dây tóc bóng đèn thay đổi khơng đáng kể theo nhiệt độ Tính cơng suất bóng đèn Bài Bóng đèn có ghi 220V – 100W bóng đèn có ghi 220V – 25W a) Mắc song song hai bóng đèn vào hiệu điện 220V Tính điện trở R1 R2 tương ứng đèn cường độ dòng I1 I2 chạy qua đèn b) Mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện 220V cho điện trở bóng có giá trị câu a Hỏi đèn sáng có cơng suất gấp lần đèn Do đó: R + 211 Bài Hai bóng đèn có cơng suất định mức 25W 100W làm việc bình thường hiệu điện 110V Hỏi: a) Cường độ dịng điện qua bóng lớn b) Điện trở bóng đèn lớn c) Có thể mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện 220V không? Đèn dễ hỏng? Bài Mắc hai bóng đèn Đ1 (120V − 60W) Đ2 (120V − 45W) vào mạng điện có hiệu điện U = 240V theo sơ đồ a b hình vẽ Tìm hiệu điện công suất định mức hai đèn Đ3 Đ4 để đèn sáng bình thường A Đ1 Đ3 B Đ2 C C Đ2 Đ1 B A Đ4 U U a) b) Bài Bếp điện dùng với nguồn U = 220V a) Nếu mắc bếp vào nguồn 110V, công suất bếp thay đổi lần? b) Muốn công suất không giảm mắc vào nguồn 110V phải mắc lại cuộn dây bếp điện nào? Bài Có hai đèn 120V – 60W 120V – 45W a) Tìm điện trở cường độ dòng điện định mức đèn b) Mắc hai đèn theo hai cách hình dưới, U AB = 240V Hai đèn sáng bình thường Tìm r1, r2 Cách mắc có lợi hơn? Đ1 A r1 X A B Đ1 Đ2 X X B r2 X Đ2 (Cách 2) (Cách 1) Bài Có thể mắc hai đèn (120V – 100W) (6V – 5W) nối tiếp vào nguồn U = 120V không? Bài Có ba đèn, hiệu điện định mức đèn 110V mắc vào nguồn U = 220V Tìm hệ thức liên hệ công suất P 1, P2, P3 để chúng sáng bình thường? Đ1 A X Đ3 X X Đ2 B 212 Bài 10 Một bóng đèn dây tóc có ghi 220V – 110W bàn có ghi 220V – 250W mắc vào ổ lấy điện 220V gia đình a) Tính điện trở tương đương đoạn mạch b) Hãy chứng tỏ công suất P đoạn mạch tổng công suất đèn bàn c) Nếu đem bóng đèn mắc vào hiệu điện thể U = 110V dịng điện qua bóng cơng suất toả nhiệt bóng ? Bài 11 Để mắc đèn vào nguồn hiệu điện lớn giá trị ghi đèn, dùng hai sơ đồ bên Sơ đồ có hiệu suất cao hơn? Biết hai trường hợp đèn sáng bình thường X X Bài 12 Một bếp điện hoạt động bình thường có điện trở 80 cường độ dịng điện qua bếp 2,5 A a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa thời gian phút b) Dùng bếp điện để đun sôi 1,5 lít nước có nhiệt độ ban đầu 25 0C thời gian đun sơi nước 20 phút Coi nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước có ích Tính hiệu suất bếp Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/(kg.K), khối lượng riêng nước d = 1000 kg/m3 c) Mỗi ngày sử dụng bếp điện Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp điện 30 ngày, giá 1kWh điện 2000 đồng Bài 13 Dùng bếp điện loại 200V – 1000W hoạt động hiệu điện U = 150V để đun sôi ấm nước Bếp có hiệu suất 80% Sự tỏa nhiệt từ ấm khơng khí sau: Nếu thử ngắt điện sau phút nước hạ xuống 0,5 0C Ấm có m1 = 100g, c1 = 600J/kg.K, nước có m2 = 500g, c2 = 4200J/kg.K, nhiệt độ ban đầu 200 C Tìm thời gian cần thiết để đun sơi Bài 14 Một ấm đun nước điện có dây lị xo, có điện trở R = 120 , mắc song song với Ấm mắc nối tiếp với điện trở r = 50 mắc vào nguồn điện Hỏi thời gian cần thiết để đun ấm đựng đầy nước đến sôi thay đổi ba lị xo bị đứt Bài 15 Bóng đèn cơng suất 60W có dây tóc vonfram (hệ số nhiệt điện trở α = 4,5.10–3độ–1) Nhiệt độ cháy sáng 2800 0C Tìm cơng suất đèn lúc vừa bật đèn Nhiệt độ phòng 200C 213 Bài 16 Dây nikêlin (điện trở suất ρ = 4,4.10–7m), chiều dài 1m, tiết diện 2mm2 dây nicrôm ( ρ = 4,7.10–7m), chiều dài 2m, tiết diện 0,5mm2 mắc nối tiếp vào nguồn điện Dây tỏa nhiệt nhiều nhiều gấp lần? Bài 17 Bếp điện nối với hiệu điện U = 120V có công suất P = 600W dùng để đun sôi lít nước (c = 4200J/kg.độ) từ 200C đến 1000C, hiệu suất bếp 80% Tìm thời gian đun điện tiêu thụ theo kWh Bài 18 Dùng bếp điện để đun nước ấm Nếu nối bếp với hiệu điện U = 120V, thời gian nước sơi t1 = 10 phút cịn U2 = 100V t2 = 15 phút Hỏi dùng U3 = 80V thời gian nước sơi t3 bao nhiêu? Biết nhiệt lượng hao phí đun nước tỉ lệ với thời gian đun nước Bài 19 Một dây dẫn, có dịng điện I = 1,4A qua nóng lên đến t = 550C, có dịng I2 = 2,8A; t2 = 1600C Coi nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ dây môi trường Nhiệt độ môi trường không đổi Bỏ qua thay đổi điện trở dây theo nhiệt độ Tìm nhiệt độ dây dẫn có dịng I3 = 5,6A qua Bài 20 Cho mạch điện hìnhh vẽ Biết R = , đèn Đ ghi 6V - 3W, UAB = V không A D Đ R B đổi, Rx biến trở Điện trở đèn không Rx đổi Xác định giá trị Rx để: a) Đèn sáng bình thường b) Cơng suất tiêu thụ biến trở lớn Tính cơng suất Bài 21 Có mạch điện hình vẽ Hiệu điện A hai đầu mạch U = 12V Các điện trở mạch ngoài: A B R1 = 0,5; R2 = 6; R3 = 12 Điện trở R có giá trị R1 R2 thay đổi từ đến vô Điện trở ampe kế không R3 đáng kể R a) Điều chỉnh R = 1,5 Tìm số ampe kế công suất tỏa nhiệt mạch AB b) Điều chỉnh R có giá trị cơng suất R đạt giá trị cực đại D HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài a) Số có ý nghĩa, hiệu điện lớn bóng đèn Umax = 24 V công suất lớn Pmax = 2,4 W U d2 242 240 + Điện trở bóng đèn: R d Pd 2, + Khi đèn sáng bình thường thì: I d Pd 2, 0,1 A U d 24 + Công suất đèn mắc vào nguồn U = 20 V: P U 20 1,67W R d 240 214 Bài a) Số cho biết điện trở dây tóc bóng đèn 806, cơng suất cực đại đạt 60W + Hiệu điện cực đại đặt vào hai đầu bóng đèn: U2 P U P.R 219,91V R P 60 0, 273A + Dịng điện qua bóng đèn đèn sáng bình thường: I U 219,91 b) Cơng suất bóng đèn mắc vào hiệu điện U/ = 200V: U / P / R 49,6W Bài U12 R P 484 a) Điện trở bóng đèn: R U 1936 P2 + Khi hai bóng mắc song song vào hiệu điện U = 220V hiệu điện hai đầu bóng đèn hiệu điện định mức chúng nên hai đèn lúc sáng bình thường P1 I1 U 0, 455A + Và cường độ dòng điện qua bóng là: I P2 0,114A U b) Khi mắc nối tiếp hai điện trở điện trở tương đương mạch là: R td R R 2420 + Cường độ dịng điện qua bóng lúc là: I1 I I U A R td 11 P1 I12 R 4W P2 4P1 + Công suất bóng lúc này: P2 I R 16W + Cùng cường độ dòng điện, P2 4P1 nên đèn sáng đèn Bài 215 P1 I1 U 0, 227A a) Cường độ dòng điện định mức bóng đèn: I P2 0,909A U U2 R1 P 484 b) Điện trở bóng đèn: U R 121 P2 c) Khi mắc hai bóng nối tiếp điện trở tương đương mạch lúc là: R td R1 R 605 + Dịng điện qua bóng đèn lúc là: I1 I I + Không thể mắc đèn dễ bị cháy Đ1 Đ3 Bài C A C B Đ2 U/ 0,364 A R td 11 Đ2 Đ1 B Đ4 U U a) b) A Vì đèn sáng bình thường nên: Pd1 U U d2 120 V ; I1 I d1 U 0,5 A d1 U U 120 V ; I I Pd2 0,375 A d1 d2 U d2 I3 Id3 I1 I2 0,875 A + Để đèn sáng bình thường thì: U U d3 U U1 120 V + Công suất định mức đèn là: Pd3 U d3 Id3 105 W + Vậy đèn Đ3 phải có hiệu điện định mức 120V công suất định mức 105W I Id I1 I 0,125 A + Để đèn sáng bình thường thì: U U d4 U d2 120 V + Công suất định mức đèn là: Pd4 U d I d4 15 W 216 + Vậy đèn Đ4 phải có hiệu điện định mức 120V công suất định mức 15W Bài a) Công suất bếp thay đổi lần – Khi mắc bếp điện vào nguồn U = 220V: P = U12 U2 R P1 U12 1102 P R U 220 Vậy: Nếu mắc bếp vào nguồn 110V cơng suất bếp giảm lần b) Cách mắc lại cuộn dây bếp điện: Muốn công suất khơng đổi điện trở phải – Khi mắc bếp vào nguồn U1 = 110V: P1 = = = 2 = R R R giảm lần: R = = 2 R R + 2 Vậy: Phải mắc song song hai nửa dây dẫn Bài Đ1 A r1 A X B Đ1 Đ2 X X B r2 X Đ2 (Cách 2) (Cách 1) a) Điện trở cường độ dòng điện định mức đèn Điện trở đèn 1: Rđ = U2đm Pđm = 1202 =240Ω 60 Cường độ dòng điện định mức đèn 1: I đm1 = Điện trở đèn 2: Rđ = U 2đm Pđm = Pđm U đm = 60 =0,5A 120 1202 =320Ω 45 Cường độ dòng điện định mức đèn 2: I đm2 = Pđm U đm = 45 =0,375A 120 b) Tính r1, r2 217 Cường độ dòng điện qua r1: I1 =I đm1 +I đm2 =0,5 +0,375 =0,875A Hiệu điện hai đầu r1: U1 = UAB – U ñm1 = 240 – 120 = 120V Điện trở r1: r1 = U1 I1 = 120 =137Ω 0,875 Cường độ dòng điện qua r2: I =I đm1 - I đm2 =0,5- 0,375 =0,125A Hiệu điện hai đầu r2: U2 = U đm2 = 120V Điện trở r2: r2 = U2 I2 = 120 =960Ω 0,125 Công suất tỏa nhiệt dây: + Cách 1: P1 = U2 = R1 U2 Rđ Rđ r1+ Rđ +Rđ + Cách 2: P2 = U = R2 = 2402 =210W 240.320 137 + 240 +320 2 U r2Rđ Rd + r +R đ = 2402 =120W 960.320 240 + 960 +320 Ta thấy: P2 < P1 nên cách mắc thứ lợi Bài Điện trở đèn 1: R1 = U2đm Pđm = 1202 =144Ω 100 Cường độ dòng điện định mức đèn 1: I đm1 = Điện trở đèn 2: R2 = U 2đm Pđm = Pđm Uđm = 100 = ; 0,83A 120 62 =7,2Ω Cường độ dòng điện định mức đèn 2: I đm2 = Pđm U đm = ; 0,83A Nếu mắc vào nguồn U = 120V cường độ dòng điện qua đèn là: U 120 I= = =0,79A R1+R2 144 +7,2 Ta thấy: I < Iđm nên mắc nối tiếp hai đèn vào nguồn 120V Bài 218 Để đèn sáng bình thường thì: I đm1 +I đm2 =I đm3 Pđm U đm Pđm Pđm P1 P2 P + = + = U đm U đm U1 U2 U3 Đ1 A Mà U1 = U2 = U3 = 110V P1 + P2 = P3 Vậy: Để đèn sáng bình thường P1 + P2 = P3 X Đ3 X X B Đ2 Bài 10 a) Gọi điện trở bóng đèn bàn R1 R2 U 2bl 2202 U 2Đ 2202 R 440 R 193,6 Ta có: PĐ 110 Pbl 250 Vì bóng đèn bàn mắc vào nguồn nên chúng mắc song song Vậy điện trở tương đương mạch là: R R1 R 1210 134, 44 R1 R b) Khi mắc hai dụng cụ song song vào mạch điện có U = 220V dụng cụ tiêu thụ công suất giá trị định mức nên P = P1 + P2 = 110 + 250 = 360W U 2202 P 360W Trong cơng suất mạch là: đpcm R 1210 c) Nếu đem bóng đèn mắc vào hiệu điện U = 110V dịng điện qua bóng đèn là: I1 U 110 0, 25A R 440 Công suất toả nhiệt bóng đèn là: P1 U 1102 27,5W R1 440 Bài 11 Hiệu suất cao tức công suất hao phí tỏa nhiệt nhỏ Gọi R điện trở mắc thêm vào đèn Ta có: + Điện trở tương đương toàn mạch sơ đồ 1: R Rđ +R R1 = R Rđ + + Điện trở tương đương toàn mạch sơ đồ 2: R R2 = +Rđ X X 219 R R >R Ta thấy: Rđ > R Rđ + Rđ Công suất tỏa nhiệt: P1 = U2 U2 P = ; R1 R2 Vì R2 > R1 P2 < P1 nên cách mắc thứ có hiệu suất cao Bài 12 a) Nhiệt lượng mà bếp toả thời gian phút: Q I Rt 2,52.80.60 3.104 J b) Nhiệt lượng mà bếp tiệu thụ 20 phút: Q I2 Rt 2,52.80.20.60 6.105 J + Nhiệt lượng cần thiết để làm nước sôi: Q thu m.c t t1 DVc t t1 1000.1,5.10 3.4200 100 25 472500J + Hiệu suất bếp: H Qi 472500 100% 100% 78,75% Q 6.105 c) Công suất toả nhiệt bếp là: P I R 2,52.80 500W 0,5kW + Mỗi ngày sử dụng ấm 3h, thời gian sử dụng 30 ngày 90h + Điện mà bếp tiêu thụ là: A P.t 0,5.90 45kW.h + Vì giá 1kW.h điện 2000 đồng nên số tiền phải trả 30 ngày là: 45.2000 0000 đồng Bài 13 Độ giảm nhiệt lượng ấm thời gian phút là: Q m1c1 m c2 t 0,1.600 0,5.4200 0,5 1080J Q 1080 18 J / s , t 60 phần cơng suất hao phí bên ngồi mơi trường P = 18W + Nhiệt lượng hao phí giây là: Q0 + Điện trở bếp: R U 2b 2002 40 Pb 1000 + Công suất bếp mắc vào nguồn U = 150V là: P U 1502 562,5W Rb 40 + Cơng suất có ích ấm truyền cho nước: Pi = H.P 0,8.562,5 450W + Ấm cung cấp cơng suất có ích P i = 450W bị hao phí bên ngồi mơi trường P nên thực chất cơng suất có ích cho q trình đun sôi là: Pi = Pi - P = 450 – 18 = 432W + Nhiệt lượng có ích dùng cho việc đun sôi nước là: Qi m1c1 m c t t1 0,1.600 0,5.4200 100 20 172800J 220 Vậy thời gian cần thiết để đun sôi ấm nước là: Q 172800 t i 400s = phút 40 giây Pi 432 Bài 14 *Lúc lò xo mắc song song: R 40() U R 1m r + Điện trở tương đương ấm: R 1m + Dòng điện chạy mạch: I1m + Thời gian t1 cần thiết để đun ấm nước đến sôi: Q1 Q1 I R 1m t1 t1 R1m I1m 1m Q U R 1m R1m r Q R1m r U R1m (1) *Lúc lò xo mắc song song: U R Tương tự ta có: R 2m 60() I 2m R2 r + Thời gian t1 cần thiết để đun ấm nước đến sôi: Q2 Q I R 2m t t R 2m I2m 2m Lấy (1) chia cho (2) ta có : Q U R 2m R 2m r Q R 2m r U R 2m (2) t1 R 2m (R 1m r) 60(40 50) 243 1 t R 1m (R 2m r) 40(60 50) 242 Vậy t2 t1 phút Bài 15 Gọi R0 điện trở đèn 00C – Điện trở đèn cháy sáng (t1 = 28000C) là: R1 = R0(1+ α t1) – Điện trở đèn lúc vừa bật nhiệt độ phòng (t = 200C) là: R2 = R0(1 + α t2) U2 U2 U2 =60 =60(1+αt1) – Công suất đèn cháy sáng: P1= = R1 R0(1+αt1) R0 – Công suất đèn lúc bật: P2 = U2 U2 = R2 R0(1 +αt2) 221 P2 = 60(1 +αt1) 60(1 +4,5.10- 3.2800) =748,6W +4,5.10- 3.20 Vậy: Công suất đèn lúc vừa bật P2 = 748,6W Bài 16 +αt2 = Công suất tỏa nhiệt dây nikêlin: P1 = R1I2 = R1 U2 R1+R2 Công suất tỏa nhiệt dây nicrôm: P2 = R2I2 = R2 U2 R1+R2 l2 P2 R2 S2 4,7.10- 7.2 2.10- = = = =8,55 -6 -7 l1 P1 R1 0,5.10 4,4.10 ρ1 S1 ρ2 Vậy: Dây nicrôm tỏa nhiệt nhiều nhiều gấp 8,55 lần Bài 17 Thời gian đun điện tiêu thụ A Q Hiệu suất bếp: H = 100% = 100% =80% A P.t mc.Δt 2.4200.(100 - 20) mcΔt = =1400s ; 23,3 phút =0,8 t = 0,8P 0,8.600 Pt 840000 0,23 kWh 3600000 Vậy: Thời gian đun điện tiêu thụ bếp t = 23,3 phút A = 0,23 kWh Bài 18 Gọi A hệ số tỉ lệ, nhiệt lượng hao phí thời gian đun nước là: ΔQ =A.t Nhiệt lượng cung cấp cho nước trường hợp bằng: Điện tiêu thụ: A = Pt = 600.1400 = 840000J = Q =Q - ΔQ =( U12 R - A)t1 =( U22 R - A)t2 =( U23 R - A)t3 (U12 - AR)t1 =(U 22 - AR)t2 =(U32 - AR)t3 Ta có: (U12 - AR)t1 =(U 22 - AR)t2 (1202 - AR).10 =(1002 - AR).15 1202 - AR =15000 - 1,5AR 0,5AR =600 AR =1200 Mặt khác: (U22 - AR)t2 =(U32 - AR)t3 222 (U22 - AR)t2 (1002 - 1200).15 = =25,4 (phút) t3= U3 - AR 802 - 1200 Vậy: Thời gian đun sôi nước t3 = 25,4 phút Bài 19 Gọi A hệ số tỉ lệ nhiệt lượng toả môi trường xung quanh: ΔQ =A.Δt =A(t - t0) Nhiệt lượng toàn phần cung cấp cho dây: Q =Q +ΔQ : RI12t =mc(t1 - t0) +A(t1 - t0 ) =(t1 - t0 )(mc +A) (1) RI 22t =mc(t2 - t0) +A(t2 - t0 ) =(t2 - t0 )(mc +A) (2) RI 32t =mc(t3 - t0 ) +A(t3 - t0 ) =(t3 - t0 )(mc +A) (3) Lấy (1) chia cho (2): I12 t -t 55- t0 1,4 =1 0 ( ) = = t - t 2,8 160 - t0 I 2 220 – 4t0 = 160 – t0 t0 = 200C Lấy (2) chia cho (3): I 22 I 32 = t2 - t0 t3 - t0 2,82 5,62 = 160 - 20 (160 - 20).5,62 +20 =5800C t3 = t3 - 20 2,8 Vậy: Khi có dịng I3 chạy qua nhiệt độ dây dẫn t3 = 580oC Bài 20 a) Đèn sáng bình thường nên: U DB = U R x = U § = V A R D Đ Rx B U AD U -U = AB DB = 0,75 A R R P§ = 0,75 - 0,5 = 0,25A Mặt khác: I R x = I - I § = I U§ I= Rx = U DB = = 24 Ω IR x 0,25 b) Đặt Rx = x Ta có: U DB = U - U AD = U - I.R = U - U.R 27x = R § x 4(3 + x) R+ R§ + x 223 U 2DB 729 x min R x 16( x ) Px max x x Theo bất đẳng thức cô-si suy ra: x = Px 3,8 W Bài 21 a) Điện trở tương đương toàn mạch: A R 2R 6.12 R R1 R 0,5 1,5 6 R2 R3 12 Px Cường độ dịng điện mạch AB: U 12 2A R R AB 22.6 24W Công suất mạch AB: PAB IAB b) Công suất R: I PR I R U2R R R R R1 R2 R3 Theo cơ-si ta có: R 122 R 4,5 R R B A R2 R1 R3 122 R R 4,52 9R 122 4,52 R 9 R 4,52 4,52 12 R PRmax 8W R R 99 Dấu “ = ” xảy R 4,52 R 4,5 R 224 ... 1,4 =1 0 ( ) = = t - t 2,8 160 - t0 I 2 220 – 4t0 = 160 – t0 t0 = 200C Lấy (2) chia cho (3): I 22 I 32 = t2 - t0 t3 - t0 2,82 5 ,62 = 160 - 20 ( 160 - 20).5 ,62 +20 =5800C t3 = t3 - 20... t2) U2 U2 U2 =60 =60 (1+αt1) – Công suất đèn cháy sáng: P1= = R1 R0(1+αt1) R0 – Công suất đèn lúc bật: P2 = U2 U2 = R2 R0(1 +αt2) 221 P2 = 60 (1 +αt1) 60 (1 +4,5.10- 3.2800) =748,6W +4,5.10-... lượng bếp phải cấp: Qi 61 3200 766 500J H 0,8 + Nhiệt lượng điện chuyển thành từ dây xoắn Do thời gian cần Q thiết để đun cho nước sôi là: Q I Rt U2 Q.R 766 500.27 tt 427,59s = R U 2202