Bài 4 điện năng và công suất điện định luật jun len xơ sử dụng an toàn và tiết kiệm điện

BÀI 4: ĐIỆN NĂNG VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN ĐỊNH LUẬT JUN LEN-XƠ SỬ DỤNG AN TOÀN VÀ TIẾT KIỆM ĐIỆN Mục tiêu  Kiến thức + Trình bày ý nghĩa số oat ghi dụng cụ điện + Chỉ chuyển hóa dạng lượng hoạt động dụng cụ điện + Phát biểu định luật Jun – Len-xơ + Viết biểu thức tính đại lượng cơng suất, điện tiêu thụ mạch điện, định luật Jun – Len-xơ; trình bày đơn vị ý nghĩa đại lượng + Trình bày quy tắc an toàn sử dụng điện biện pháp sử dụng tiết kiệm điện  Kĩ + Vận dụng kiến thức học vào việc giải tập có liên quan + Thực quy tắc an toàn sử dụng điện biện pháp sử dụng tiết kiệm điện sống ngày Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Điện – Cơng dịng điện Trong sống hàng ngày, ta thường sử dụng nhiều Một số dụng cụ sử dụng dòng điện để dụng cụ điện Dịng điện có lượng thực thực công quạt điện, máy cơng cung cấp nhiệt lượng Năng lượng dịng điện gọi điện bơm, máy hút bụi,… Một số dụng cụ khác sử dụng dòng điện để cung cấp nhiệt lượng nồi cơm điện, ấm đun Cơng dịng điện sản đoạn mạch số đo lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ để chuyển hóa thành dạng lượng khác nước,… Tỉ số lượng có ích chuyển hóa từ điện tồn điện tiêu thụ gọi hiệu suất sử dụng điện năng: A = P.t = UIt H Trong đó: U đo vôn (V) I đo ampe (A) t đo giây (s) Công A đo jun (J) Cơng suất P đo ốt (W) Ai Atp J = W.1 s = V A s Cơng dịng điện cịn đo đơn vị kilơốt (kW.h) kWh = 000 W.3600 s = 600 000 J Số ghi cơng tơ điện số kilơốt tiêu thụ (1 kW.h tương ứng với số điện) Định luật Jun – Len-xơ Dòng điện chạy qua vật dẫn thường gây tác dụng nhiệt Nguyên nhân vật dẫn có điện trở Định luật Jun – Len-xơ: Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dịng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dịng điện, với điện trở dây dẫn thời gian dịng điện chạy qua Q = I2Rt Trong đó: I đo ampe (A) R đo ôm () t đo giây (s) Q đo jun (J) Sử dụng an tồn tiết kiệm điện Những dịng điện có cường độ lớn gây nguy hiểm đến tính mạng người Do cần phải thực biện pháp an toàn sử dụng điện, với mạng điện dân dụng Cần lựa chọn sử dụng dụng cụ, thiết bị điện có cơng suất Một số quy tắc an tồn sử dụng điện:  Ngắt điện trước sửa chữa  Đảm bảo cách điện tốt người nguồn điện Trang phù hợp sử dụng chúng thời gian cần thiết  Nối đất dụng cụ điện có vỏ kim loại SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HĨA Cơng dịng điện NHIỆT A = P.t = UIt NĂNG CƠ NĂNG Q = I2Rt TIẾT KIỆM ĐIỆN Giảm P Giảm t II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Tính cơng suất điện tiêu thụ Phương pháp giải Ví dụ: Đặt vào hai đầu điện trở R =  hiệu điện U = 12 V Tính cơng suất tiêu thụ điện trở Bước 1: Dựa vào kiện đề tính chất đoạn Hướng dẫn giải Bước 1: Bài cho biết U = 12 V R =  mạch mắc nối tiếp song song để tìm hai ba đại lượng U, I, R Bước 2: Áp dụng cơng thức tính cơng suất (tùy vào bước tìm đại lượng sử dụng cơng thức có mặt đại lượng đó): Bước 2: Cơng suất tiêu thụ điện trở: U 122 P  36  W  R U2 P UI I R  R Suy điện tiêu thụ: A = P.t Để tính tiền điện, ta cần tính số điện tiêu thụ sau tính điện tiêu thụ A ta đổi kW.h: kWh = 600 000 J = số điện Chú ý: Bài tập liên quan đến giá trị định mức: Trang  Dựa vào số liệu định mức ghi dụng cụ điện để tính điện trở cường độ dịng điện U đm P , Iđm  đm định mức dụng cụ đó: R  Pđm U đm  Cơng suất thực tế dụng cụ điện tính thơng qua đại lượng thực tế dụng cụ (có thể khơng trùng với cơng suất định mức): U2 P UI I R  R Ví dụ mẫu Ví dụ Một bóng đèn dây tóc có ghi 12 V – W a Các thông số có ý nghĩa gì? b Tính điện trở bóng đèn cường độ dịng điện chạy qua bóng đèn sáng bình thường? Hướng dẫn giải a Các thơng số ghi đèn cho biết giá trị định mức để đèn hoạt động bình thường Bóng đèn hoạt động bình thường hiệu điện hai đầu bóng đèn 12 V Khi bóng đèn tiêu thụ cơng suất W b Cường độ dịng điện chạy qua đèn sáng bình thường: P I  đ  0,5  A  U đ 12 U 122 24    Điện trở bóng đèn: R  đ  Pđ Ví dụ 2: Một bóng đèn dây tóc có ghi V – W mắc vào hiệu điện V Tính cơng suất tiêu thụ bóng đèn? Coi điện trở dây Chú ý: Khi đèn mắc vào không điện áp định mức ta tính cơng suất theo giá tóc khơng thay đổi theo nhiệt độ trị thực tế Chú ý điện Hướng dẫn giải trở đèn không đổi ta đ U  12    Điện trở bóng đèn: R  Pđ tính điện trở từ giá trị định mức ghi đèn Khi mắc đèn vào hiệu điện V đèn hoạt động yếu mức bình thường U 32 Cơng suất tiêu thụ bóng đèn: P   0, 75  W  R 12 Ví dụ 3: Một máy bơm đưa lượng nước có trọng lượng 2000 N lên cao 20 m thời gian 40 giây Bỏ qua hao phí Máy bơm sử Trang dụng phải có công suất điện bao nhiêu? Nhận xét: Nếu bỏ qua Hướng dẫn giải hao phí, thực chất cơng Công cần thiết để đưa lượng nước lên cao: A = F.s = 2000.20 = 40000 (J) dòng điện chuyển hóa thành cơng để bơm nước lên cao Đó cơng mà máy bơm cần thực 40 giây A 40000  1000  W  t 40 Ví dụ 4: Một bếp điện hoạt động bình thường hiệu điện 200 V Cơng suất máy bơm: P  bếp có điện trở 48,4  Tính lượng điện sử dụng bếp điện giờ? Lượng điện tiêu thụ ứng với số đếm công tơ điện? Hướng dẫn giải U 2202  1000  W  Công suất tiêu thụ bếp: P  R 48, Đổi đơn vị: = 3600 giây Điện mà bếp tiêu thụ giờ: A P.t 1000.3600 3600000  J  1 kWh  Vậy lượng điện mà bếp tiêu thụ ứng với số đếm cơng tơ điện Ví dụ 5: Một bàn sử dụng với hiệu điện 220 V tiêu thụ lượng điện 726 kJ thời gian 10 phút a Tính cường độ dịng điện chạy qua dây nung bàn đó? b Tính điện trở dây nung đó? Hướng dẫn giải a Công suất tiêu thụ bàn là: P  A 726000  1210  W  t 10.60 P 1210 5,5  A  Lại có: P UI  I   U 220 U 2202 b Điện trở dây nung: R   40    P 1210 Ví dụ 6: Một ấm điện có cơng suất 1000 W a Tính lượng điện mà ấm tiêu thụ hoạt động giờ? b Biết giá tiền phải trả cho số điện 3000 đồng? Tính số tiền phải trả cho việc sử dụng ấm điện giờ? Hướng dẫn giải a Đổi đơn vị: giờ= 28800 giây Điện ấm tiêu thụ giờ: Trang A P.t 1000.28800 28800000  J  b Số kWh ấm tiêu thụ giờ: 28800000 8 (tương ứng với số 3600000 điện) Số tiền phải trả cho việc sử dụng ấm: 3000.8 = 24000 đồng Ví dụ 7: Một bóng đèn dây tóc có cơng suất 75 W có thời gian thắp sáng tối đa 1000 giá 3500 đồng Một bóng đèn compact có cơng suất 15 W có độ sáng tương đương thắp sáng tối đa 8000 giá 60000 đồng a Tính điện tiêu thụ loại bóng đèn 8000 giờ? b Tính tồn chi phí (tiền mua bóng đèn tiền điện phải trả) cho việc sử dụng loại bóng đèn 8000 giá kWh 1200 đồng? Từ cho biết sử dụng loại bóng có lợi hơn? Vì sao? Hướng dẫn giải a Điện tiêu thụ đèn sợi đốt 8000 giờ: A1 P1.t 75.8000 600000  Wh  600  kWh  Điện tiêu thụ bóng đèn compact 8000 giờ: A2 P2 t 15.8000 120000  Wh  120  kWh  b Trong 8000 ta cần sử dụng bóng đèn sợi đốt (vì tuổi thọ bóng đèn 1000 giờ) Chi phí sử dụng bóng đèn sợi đốt: 8.3500 + 600.1200 = 748000 đồng Chi phí sử dụng bóng đèn compact: 1.60000 + 120.1200 = 204000 đồng Vậy sử dụng bóng đèn compact có lợi hiệu kinh tế cao Ví dụ 8: Cho mạch điện hình vẽ Các điện trở Để tính công suất tiêu thụ điện trở R, ta cần tính R1 R4 3, R2 2, R3 6 Hiệu điện hai đầu đoạn mạch hiệu điện cường độ U = V Tính cơng suất tiêu thụ điện trở R2 ? toán thực chất tốn dịng điện chạy qua Bài vận dụng định luật Ôm cho mạch chứa điện trở Hướng dẫn giải Đoạn mạch gồm: ( R1 / / R2 / / R3 ) nt R4 Trang Từ công thức: 1 1    R123 R1 R2 R3 Ta có điện trở tương đương đoạn mạch: R123 1   Điện trở tương đương mạch: R R123  R4 1  4    Cường độ dòng điện chạy mạch chính: U I   2  A  I123 I R Hiệu điện hai đầu đoạn mạch chứa điện trở R1 , R2 , R3 : U123 I123 R123 2.1 2  V  U U 22 Công suất tiêu thụ điện trở R2 : P2   2  W  R2 Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Một bóng đèn dây tóc hoạt động bình thường hiệu điện V tiêu thụ cơng suất W Điện trở dây tóc bóng đèn A 9 B 6 C 4 D 3 Câu 2: Một tủ lạnh có cơng suất 150 W Trong 30 ngày, tủ lạnh tiêu thụ lượng điện bao nhiêu? Biết tủ lạnh hoạt động liên tục không nghỉ A 306 MJ B 108 kWh C 205 MJ D 86 kWh Câu 3: Một bếp điện có cơng suất 1200 W Nếu ngày bếp điện hoạt động trong tháng (30 ngày) ta phải trả tiền cho việc sử dụng bếp? Biết giá điện 2000 đồng/kWh A 144 000 đồng B 72 000 đồng C 288 000 đồng D 54 000 đồng Câu 4: Trong 30 ngày, số cơng tơ điện gia đình tăng thêm 90 số Biết thời gian sử dụng điện trung bình ngày Cơng suất tiêu thụ điện gia đình A 200 W B 400 W C 500 W D 1000 W Câu 5: Hai điện trở R1 3, R2 1 mắc nối tiếp với mắc vào hiệu điện U = 12 V Công suất tiêu thụ điện trở R2 A W B W C W D 12 W Câu 6: Một quạt điện có ghi 220V – 440W hoạt động hiệu điện 220 V Biết điện trở quạt 22 Hiệu suất quạt A 80% B 90% C 92% D 85% Câu 7: Một bàn có ghi 250V – 1000W mắc vào hiệu điện 220 V Tính điện tiêu thụ bàn giờ? Câu 8: Cho mạch điện hình vẽ Các điện trở R1 3, R2 5, R3 R4 8 Hiệu điện hai đầu mạch U = 12 V a Tính cơng suất tiêu thụ điện trở R1 ? b Công suất tiêu thụ điện trở R1 phần trăm công Trang suất mạch? Câu 9: Trên hai bóng đèn có ghi 110 V – 60 W 110 V – 75 W Biết dây tóc hai bóng đèn có tiết diện chất Hỏi dây tóc bóng đèn có độ dài lớn lớn lần? Câu 10 (12.6 sách tập): Mắc bóng đèn dây tóc có ghi 220 V – 60 W vào ổ lấy điện có hiệu điện 110 V Cho điện trở dây tóc bóng đèn khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, tính cơng suất bóng đèn Câu 11 (13.3 sách tập): Trên bóng đèn có ghi 12 V – W Đèn sử dụng với hiệu điện định mức Hãy tính: a Điện trở đèn đó? b Điện mà đèn sử dụng giờ? Bài tập nâng cao Câu 12 (14.6 sách tập): Một quạt điện dùng xe ô tô có ghi 12 V – 15 W a Cần phải mắc quạt vào hiệu điện để chạy bình thường? Tính cường độ dịng điện chạy qua quạt đó? b Tính điện mà quạt sử dụng chạy bình thường? c Khi quạt chạy, điện biến đổi thành dạng lượng nào? Cho hiệu suất quạt 85%, tính điện trở quạt? Câu 13 (14.9 sách tập): Một bếp điện sử dụng với hiệu điện U = 220 V dịng điện chạy qua dây nung bếp có cường độ I = 6,8 A a Tính cơng suất bếp điện đó? b Mỗi ngày bếp sử dụng 45 phút Tính phần điện có ích Ai mà bếp cung cấp 30 ngày, biết hiệu suất bếp 80%? c Biết kilơốt (kWh) điện có giá 3000 đồng Tính số tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp 30 ngày? Câu 14 (14.10 sách tập): Cho hai bóng đèn dây tóc có ghi số V – W V – W a Tính điện trở dây tóc bóng đèn chúng sáng bình thường? b Cho biết mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện U = 12 V chúng khơng sáng bình thường? c Lập luận để chứng tỏ mắc hai bóng đèn với biến trở vào hiệu điện U nêu để chúng sáng bình thường? Vẽ sơ đồ mạch điện này? d Tính điện trở biến trở điện mà tiêu thụ 30 phút? Dạng 2: Cách mắc dụng cụ điện Phương pháp giải Để mắc dụng cụ điện sáng bình thường Ví dụ: Cho hai đèn ghi 100V – 1000W, 200V – dụng cụ phải hoạt động giá trị 500W điện trở R nối với hiệu điện định mức ghi đèn 300 V Tìm điện trở R để đèn sáng bình thường? Bước 1: Tính giá trị định mức I đm Hướng dẫn giải dụng cụ Bước 1: Cường độ dòng điện định mức đèn: Trang Bước 2: Nhận xét mối quan hệ giá trị định mức U đm , I đm , Pđm dụng cụ điện với P P 1000 500 I đm1  đm1  10  A ; I đm  đm  2,5  A  U đm1 100 U đm 200 Bước 2: Mối quan hệ giá trị định mức: I đm1  I đm U đm1  U đm U Bước 3: Từ mối quan hệ kết hợp với tính chất mắc nối tiếp mắc song song để tìm cách Bước 3: Do U đm1  U đm U , U đm1 U đm nên đèn mắc phù hợp, cụ thể đoạn mạch mắc mắc nối tiếp với đèn Nhưng I đm1  I đm nên song song cường độ dịng điện mạch đèn phải mắc song song với điện trở R để có tổng cường độ dịng điện mạch nhánh Vậy cường độ dòng điện mạch lớn cường độ dịng điện nhánh Hai đèn I đm1 I đm  I R Như ta có cách mắc sau: có cường độ dịng điện định mức khác nhau, để sáng bình thường, đèn có I đm lớn mắc vào mạch chính, I đm nhỏ mắc mạch nhánh  I R I đm1  I đm 7,5  A  Suy  U R U đm 200  V  U R 200 80     Giá trị điện trở R: R  IR 7,5 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Trên hai bóng đèn dây tóc có ghi 12 V – W 12 V – W a Có thể mắc hai bóng đèn nối tiếp với vào hiệu điện 24 V để chúng sáng bình thường khơng? Vì sao? b Ta mắc hai bóng đèn với biến trở vào hiệu điện Mẹo: Để tìm cách mắc đèn, ta dựa vào giá trị ghi đèn tính cường độ dịng điện định mức theo sơ đồ để chúng bình thường? Tính giá trị biến trở chúng để xem chúng đó? mắc nối tiếp song song Hướng dẫn giải với khơng a Khi hai bóng đèn sáng bình thường, cường độ dịng điện chạy qua bóng: P P I đm1  đm1  0,  A  ; I đm  đm    A  U đm1 12 U đm 12 Vì cường độ dòng điện định mức hai đèn khác nên mắc hai đèn nối tiếp với để chúng sáng bình thường (do đoạn mạch mắc nối tiếp, cường độ dòng điện chạy qua đèn phải nhau) b Hai đèn có hiệu điện định mức nhỏ hiệu điện Trang nguồn, lại có: U đm1  U đm 12  12 24  V  U I đm1  I đm Do ta có hai cách mắc: Cách 1: Mắc đèn song song với biến trở tất nối tiếp với đèn (vì đèn có I đm lớn đèn 1) Hiệu điện hai đầu biến trở: U Rb U đm1 12  V  Cường độ dòng điện chạy qua biến trở: I Rb  I đm1 I đm  I Rb  0,5   I Rb   A  U R 12 Rb  b  72    Giá trị biến trở: I Rb Cách 2: Mắc hai đèn song song với tất mắc nối tiếp với biến trở (vì hiệu điện định mức hai đèn nhau) Hiệu điện hai đầu biến trở: U Rb U  U đm1 24  12 12  V  Cường độ dòng điện chạy qua biến trở: I Rb I đm1  I đm 0,5    A U R 12 72 Rb  b      Giá trị biến trở: I Rb Ví dụ 2: Cho ba bóng đèn dây tóc có ghi số 12 V – W, V – W 12 V – W Tính cường độ dịng điện định mức bóng đèn? Có thể mắc ba bóng đèn vào hiệu điện vơn để chúng sáng bình thường? Vẽ sơ đồ cách mắc? Hướng dẫn giải Trang 10 Cường độ dịng điện định mức bóng đèn:  Pđm1    A  I đm1  U đm1 12   Pđm    A   I đm1  I đm3 I đm  I đm  U đm   P  I đm3  đm3    A  U đm3 12  Ta thấy: U đm1 U đm3 I đm1  I đm3 I đm Do ta mắc bóng đèn song song với bóng đèn mắc tất nối tiếp với bóng đèn Hiệu điện hai đầu mạch: U U đm1  U đm 12  18  V  Dạng 3: Vận dụng định luật Jun – Len-xơ Phương pháp giải Ví dụ: Một ấm điện có điện trở 100 hoạt động bình thường có hiệu điện 220 V Sử dụng ấm để đun sơi lít nước nhiệt độ 25 C bao lâu? Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Bỏ qua hao phí Bước 1: Tính nhiệt lượng tỏa dây dẫn: U2 Qtoa I Rt  t R Bước 2: Tính nhiệt lượng vật thu vào: Qthu mc  t2  t1  m khối lượng vật, c nhiệt dung Hướng dẫn giải Bước 1: Nhiệt lượng ấm tỏa ra: U2 2202 Qtoa  t  t 484t  J  R 100 Bước 2: Nhiệt lượng nước thu vào: Qthu mc  t2  t1  2.4200  100  25  630000  J  riêng vật t1 , t2 nhiệt độ ban đầu lúc sau vật Bước 3: Áp dụng phương trình cân nhiệt: Bước 3: Qtoa Qthu  484t 630000  t 1301 s  22 Áp dụng phương trình cân nhiệt: phút Qtoa Qthu rút đại lượng cần tìm Ví dụ mẫu Trang 11 Ví dụ 1: Đặt vào hai đầu điện trở R = 20 hiệu điện 40 V Tính nhiệt lượng tỏa điện trở phút? Hướng dẫn giải Áp dụng định luật Jun – Len-xơ, nhiệt lượng tỏa điện trở: U2 402 Q  t  60 4800  J  R 20 Ví dụ 2: Một bếp điện sử dụng dây nung có điện trở R = 50 hoạt động bình thường cường độ dịng điện chạy qua bếp 2A a Tính nhiệt lượng bếp tỏa 10 phút? b Sử dụng bếp điện để đun 500 g nước nhiệt độ 20 C Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Coi nhiệt lượng bếp truyền hết cho nước Tính thời gian đun sôi nước? Hướng dẫn giải a Áp dụng định luật Jun – Len-xơ, nhiệt lượng bếp tỏa 10 phút: Q I Rt 22.50.10.60 120000  J  b Gọi thời gian đun sôi nước t Nhắc lại: Nhiệt lượng mà vật có khối lượng m, nhiệt dung riêng c tỏa hay thu vào trình thay đổi nhiệt từ t1 đến t tính biểu thức: Q mc  t2  t1  Trong đó:  Nếu t2  t1 : vật thu nhiệt  Nếu t2  t1 : vật tỏa nhiệt 2 Nhiệt lượng bếp tỏa thời gian t: Qtoa I Rt 2 50.t 200t  J  Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 20 C đến 100 C : Qthu mct 0,5.4200  100  20  168000  J  Theo phương trình cân nhiệt: Qtoa Qthu  200t 168000  t 840  s  Ví dụ 3: Một ấm điện hoạt động bình thường hiệu điện 220 V Sử dụng ấm để đun sôi kg nước nhiệt độ 20 C 10 phút Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Bỏ qua hao phí Tính điện trở dây mayso ấm? Hướng dẫn giải Gọi điện trở dây mayso ấm R Nhiệt lượng ấm tỏa 10 phút: U2 2202 29040000 Qtoa  t  10.60  J R R R Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 20 C lên 100 C : Qthu mct 2.4200.80 672000  J  Theo phương trình cân nhiệt: Trang 12 Qtoa Qthu  29040000 672000 R  R 43,    Ví dụ 4*: Mắc bếp điện gồm hai điện trở R1 R2 hiệu điện Nếu dùng R1 nước ấm sơi sau 15 phút, dùng R2 nước ấm sơi 30 phút Nước ấm sôi mắc: a R1 song song với R2 ? b R1 nối tiếp với R2 ? Hướng dẫn giải U2 Nhiệt lượng mà ấm tỏa thời gian t: Q  t R  1 U2 Q U2  Khi dùng điện trở R1 thì: Q  t1  R1 t1 R1  2 U2 Q U2  Khi dùng điện trở R2 thì: Q  t2  R2 t2 R2  3 a Khi dùng hai điện trở R1 R2 mắc song song, điện trở tương đương tính theo: 1   R/ / R1 R2  1  U2 Q U2 Q  t / /   U    R/ / t/ / R/ /  R1 R2   4 Thay (2), (3) vào (4) ta được: Q Q Q 1 1 1          t // 10 (phút) t / / t1 t2 t / / t1 t2 t// 15 30 b Khi dùng hai điện trở R1 R2 mắc nối tiếp, điện trở tương đương: Rnt R1  R2 U2 U2 Từ (2), (3) ta có: R1  t1 , R2  t2 Q Q Khi mắc nối tiếp: U2 Rnt  tnt R1  R2 Q  U2 U2 U2 tnt  t1  t2 Q Q Q Trang 13  tnt t1  t2 15  30 45 (phút) Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Định luật Jun – Len-xơ cho biết điện biến đổi thành A B lượng ánh sáng C hóa D nhiệt Câu 2: Nếu đồng thời giảm điện trở dây dẫn, cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn nửa nhiệt lượng tỏa dây thay đổi nào? A Tăng lần B Giảm lần C Giảm lần D Giảm 16 lần Câu 3: Điện biến đổi hoàn toàn thành nhiệt dụng cụ hay thiết bị điện chúng hoạt động: A Bóng đèn dây tóc B Quạt điện C Ấm điện D Ắc quy nạp điện Câu 4: Trong mạch điện có điện trở thuần, với thời gian nhau, cường độ dòng điện giảm hai lần nhiệt lượng tỏa mạch A giảm hai lần B tăng hai lần C giảm bốn lần D tăng bốn lần Câu 5: Phát biểu sau không đúng? Nhiệt lượng tỏa vật dẫn A tỉ lệ thuận với điện trở vật B tỉ lệ thuận với thời gian dòng điện chạy qua vật C tỉ lệ với bình phương cường độ dịng điện chạy qua vật D tỉ lệ nghịch với hiệu điện hai đầu vật dẫn Câu (16-17.11 sách tập): Thời gian đun sơi 1,5 lít nước ấm điện 10 phút Hiệu điện hai đầu dây nung ấm 220 V Tính điện trở dây nung này, biết kể nhiệt lượng hao phí để đun sơi lít nước cần nhiệt lượng 420000 J Câu (16-17.13 sách tập): Một bình nóng lạnh có ghi 220 V – 1100 W sử dụng với hiệu điện 220 V a Tính cường độ dịng điện chạy qua bình b Tính thời gian để bình đun sơi 10 lít nước từ nhiệt độ 20 C , biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K nhiệt lượng bị hao phí nhỏ? c Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bình 30 ngày, biết thời gian sử dụng trung bình ngày giá tiền điện 1000 đ/kWh? Bài tập nâng cao Câu 8: Dẫn đường dây điện sợi đôi từ mạng điện chung tới ngơi nhà cách 20 m Biết sợi dây đơn có lõi đồng với thiết diện 0,5 mm với điện trở suất đồng 1,8.10 -8 m Hiệu điện cuối đường dây, lối vào nhà 220 V Trong nhà sử dụng đèn dây tóc nóng sáng với tổng cơng suất 330 W trung bình ngày Tính nhiệt lượng tỏa đường dây dẫn 30 ngày Dạng 4: Hiệu suất dụng cụ điện Phương pháp giải Trong thực tế, dụng cụ điện ln Ví dụ: Một bóng đèn sợi đốt sử dụng với phần lượng chuyển hóa thành dạng hiệu điện 220 V dịng điện chạy qua bóng Trang 14 lượng khác với mục đích sử dụng (gọi hao có cường độ A Sau thắp sáng lượng phí) Do hiệu suất chúng khơng đạt nhiệt mà bóng tỏa xung quanh 0,15 MJ Tính 100% Để tính hiệu suất, ta làm theo bước hiệu suất đèn? sau: Hướng dẫn giải Bước 1: Tính lượng tồn phần Atp Bước 1: Năng lượng tồn phần đèn tiêu cơng suất tồn phần Ptp Bước 2: Tính lượng có ích Aci cơng có ích Pci phần lượng chuyển hóa với mục đích sử dụng dụng cụ Bước 3: Áp dụng cơng thức tính hiệu suất: A P H  ci 100%  ci 100% Atp Ptp thụ: Atp Ptp t UIt 220.3.3600 2376000  J  Bước 2: Năng lượng có ích đèn lượng dùng thắp sáng, lượng tỏa nhiệt lượng hao phí: Ai  Atp  Ahp 2376000  0,15.106 2226000  J  Bước 3: Hiệu suất bóng đèn: H Aci 2226000 100%  100% 93, 68% Atp 2376000 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một bếp điện sử dụng với hiệu điện 220 V dịng điện chạy qua bếp có cường độ A Dùng bếp đun sôi kg nước từ nhiệt độ ban đầu 20 C thời gian 20 phút Tính hiệu suất bếp điện Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Hướng dẫn giải Nhiệt lượng toàn phần bếp tỏa điện mà bếp tiêu Nhận xét: Mục đích bếp dùng để đun nước Do phần lượng nước thu thụ: Q1 UIt 220.3.20.60 792000  J  vào phần lượng Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 20 C lên 100 C : có ích cơng thức tính Q2 mct 2.4200.80 672000  J  hiệu suất Q2 672000 100%  100% 84,8% Q1 792000 Ví dụ 2: Một ấm điện sử dụng dây mayso có điện trở 50  hoạt động Hiệu suất bếp: H  bình thường hiệu điện 100 V Sử dụng ấm đun sôi 200 g nước nhiệt độ 20 C thời gian bao lâu? Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K hiệu suất ấm 80% Hướng dẫn giải Gọi thời gian đun sôi nước t Nhiệt lượng toàn phần bếp tỏa thời gian t: U2 1002 Q  t  t 200.t  J  R 50 Vì hiệu suất bếp đạt 80% nên phần lượng có ích: Trang 15 80 Q1 80%Q  200t 160t  J  100 Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 20 C lên đến 100 C : Q2 mct 0, 2.4200.80 67200  J  Theo phương trình cân nhiệt: Q1 Q2  160t 67200  t 420  s  Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Một quạt điện có ghi 220 V – 440 W hoạt động hiệu điện 220 V Hiệu suất quạt 90% Tính điện trở quạt Câu 2: Một bếp điện đun hai lít nước nhiệt độ t1 20 C Muốn đun sơi lượng nước 20 phút bếp điện phải có cơng suất bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng nước c = 4,18 kJ/(kg.K) hiệu suất bếp điện H = 70% Câu 3: Dùng ấm điện có ghi 220V – 1000W điện áp 220V để đun sơi lít nước từ nhiệt độ 25 C Biết hiệu suất ấm 90%, nhiệt dung riêng nước 4190 J/(kg.K), tính thời gian đun nước Câu 4: Dùng ấm điện có ghi 220V – 1100W điện áp 220V để đun 2,5 lít nước từ nhiệt độ 20 C sau 15 phút nước sơi Nhiệt dung riêng nước 4190 J/(kg.K) Tính hiệu suất ấm Câu 5: Một bếp điện có ghi 220 V – 1000 W mắc vào hiệu điện 220 V a Tính điện mà bếp tiêu thụ giờ? b Bếp sử dụng để đun sôi kg nước nhiệt độ 20 C Biết nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K, hiệu suất bếp 80% Tính thời gian cần thiết để đun sơi lượng nước trên? ĐÁP ÁN Dạng Tính cơng suất điện tiêu thụ 1-A 2-B 3-C 4-C 5-C 6-A Câu U đ2 62 R   9    Điện trở dây tóc bóng đèn: đ Pđ Chọn A Câu Điện tiêu thụ 30 ngày: A = P.t = 150.30.86400 = 388800000 (J) = 108kWh Chọn B Câu Điện tiêu thụ 30 ngày: A = P.t = 1200.30.4.3600 = 518400000 (J) = 144kWh Số tiền điện phải trả: 2000.144 = 288000 đồng Trang 16 Chọn C Câu Điện tiêu thụ 30 ngày: A = 90 số = 90kWh = 324000000 (J) A 324000000  500  W  t 30.6.3600 Công suất tiêu thụ điện năng: P  Chọn C Câu Cường độ dòng điện chạy qua R2 : I I  U U 12   3  A  Rtđ R1  R2  2 Công suất tiêu thụ R2 : P2 I R2 3 9  W  Chọn C Câu Khi mắc quạt vào mạng điện 220 V quạt hoạt động giá trị định mức P 440 2  A  Cường độ dòng điện qua quạt: I   U 220 2 Cơng suất hao phí công suất tỏa nhiệt điện trở quạt: P ' I R 2 22 88  W  P  Php P 440  88 Hiệu suất quạt: H  i 100%  100%  100% 80% P P 440 Chọn A Câu Điện trở bàn là: U2 2502 R  đm  62,5    Pđm 1000 Thực tế bàn mắc vào hiệu điện U = 220 V Công suất thực tế bàn là: U 2202 P  774,  W  R 62,5 Điện tiêu thụ bàn giờ: A = P.t = 774,4.2.3600 = 5575680 (J) Câu a Mạch gồm:   R ntR  / / R  ntR Điện trở mạch: R12 R1  R2 8     R124  R12 R4 4  Rtđ R124  R3 12    R12  R4 Cường độ dòng điện qua mạch: I  U 12  1 A  I124 Rtđ 12 Trang 17 U12  0,5  A  Ta có: U12 U124 I124 R124 1.4 4  V   I1 I12  R12 2 Công suất tiêu thụ R1 : P1 I1 R1 0,5 0, 75  W  2 b Công suất mạch: P I Rtđ 1 12 12  W   P1 100% 6, 25% P Câu U 1102 605 U 110 484      ; Rđ     Điện trở đèn: Rđ   P1 60 P2 75 Hai đèn có tiết diện chất nên ta có: R1 1  1, 25 lần R2 2 Vậy dây tóc đèn dài dây tóc đèn 1,25 lần Câu 10 U2 220 2420    Điện trở đèn: R  đm  Pđm 60 U 1102 P  15  W  Công suất đèn: 2420 R Câu 11: U 122 24    a Điện trở đèn: R  đm  Pđm b Điện sử dụng đèn giờ: A P.t 6.3600 21600  J  Câu 12: a Để quạt hoạt động bình thường phải mắc quạt vào hiệu điện có giá trị với hiệu điện định mức 12 V Cường độ dòng điện chạy qua quạt cường độ dịng điện định mức: P 15 I   1, 25  A  U 12 b Điện sử dụng quạt giờ: A P.t 15.3600 54000  J  c Khi quạt chạy, điện biến đổi phần thành cánh quạt quay (có ích), phần thành nhiệt tỏa nhiệt điện trở quạt (hao phí) P P Cơng suất có ích quạt: H  i 100%  85%  i 100%  Pi 12, 75  W  P 15 Công suất tỏa nhiệt điện trở: P ' P  Pi 2, 25  W  U 122  64    Điện trở quạt: R  P ' 2, 25 Trang 18 Câu 13: a Công suất bếp: P U I 220.6,8 1496  W  P.H 1496.80  1196,8  W  b Công suất có ích bếp: Pi  100% 100 Điện có ích 30 ngày: Ai Pi t 1196,8.30.45.60 96940800  J  c Điện tiêu thụ bếp: A P.t 1496.30.45.60 121176000  J  33, 66kWh Số tiền điện phải trả: 33,66.3000 = 100980 đồng Câu 14: U2 U2 62 62 a Điện trở đèn: R1  đm1  12    ; R2  đm  18    Pđm1 Pđm 2 b Khi mắc hai bóng nối tiếp vào hiệu điện U = 12 V có U đm1  U đm1 U I1 I nên P1 P2 Nhưng đề cho công suất định mức hai đèn khác nên chúng khơng thể sáng bình thường c Do Pđm1  Pđm suy I1  I nên để đèn sáng bình thường có cách mắc Cách 1: Đèn mắc song song với biến trở mắc nối tiếp với đèn Cách 2: Đèn mắc song song đèn đèn nối tiếp với Rb Ta có sơ đồ mạch điện: Pđm1 P 0,5  A ; I  đm   A  d Ta có: I1  U đm1 U đm Trường hợp 1: Cường độ dòng điện qua biến trở: I b I1  I   A U U Rb  b  đ  36    Điện trở biến trở: Ib Ib Điện biến trở tiêu thụ 30 phút: Ab Pb t U b I b t 6 .30.60 1800  J  Trường hợp 2: Cường độ dòng điện qua biến trở: I b I1  I  Trang 19 U U  U đ 12  Rb  b   7,     Ab Pb t I b2 Rb t 9000  J  Đảo: Ib Ib Dạng 3: Vận dụng định luật Jun – Len-xơ 1–D 2–D 3–C 4–C 5–D Câu 2: 1 R t Ta có: Q ' I '2 R '.t '    I Rt  Q 16   2 16 Vậy nhiệt lượng tỏa giảm 16 lần Chọn D Câu 6: 10 20 Thời gian cần thiết để đun sơi lít nước: t   phút = 400 giây 1,5 Công suất bếp: P  A 420000  1050  W  t 400 U 2202 Điện trở dây nung: R   46    P 1050 Câu 7: a Bình nóng lạnh hoạt động bình thường mắc vào hiệu điện giá trị hiệu điện định mức Pđm 1100  5  A  Cường độ dịng điện qua bình đó: I I đm  U đm 20 b Nhiệt lượng mà nước thu vào: Qthu mc  t2  t1  10.4200  100  20  3360000  J  Nhiệt lượng bếp tỏa ra: Qtoa P.t Áp dụng điều kiện Qtoa Qthu  1100.t 3360000  t 3054,5  s  c Điện tiêu thụ 30 ngày: A P.t 1100.30.3600 118800000  J  33kWh Số tiền phải trả: 33.1000 = 33000 đồng Câu 8: Dòng điện nhà sử dụng I P : U 330 : 220 1,5  A  Chiều dài dây dẫn 20.2 = 40 (m) Điện trở dây dẫn (tổng chiều dài 40 m có sợi dây): r    1,8.10 8.40  1, 44 S 0,5.10 Nhiệt lượng hao phí đường truyền: Qhp I Rt 1,52.1, 44.30.5.3600 1749600  J  0, 486  kWh  Trang 20