VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Điện năng, định luật Jun-Len xơ, công suất điện, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.
Nội dung bài viết Điện năng, định luật Jun-Len xơ, công suất điện:
DẠNG 2: Điện năng. Định luật Jun-Len xơ. Công suất điện 1. Phương pháp Công của nguồn điện bằng tích của suất điện động của nguồn điện với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua nguồn điện. Công của nguồn điện bằng công của dòng điện chạy trong toàn mạch. AIt Trong đó: A là công của nguồn điện (J) là suất điện động của nguồn điện (V). I là cường độ dòng điện chạy qua nguồn (A)t là thời gian dòng điện chạy qua nguồn điện (s). Công suất của nguồn điện bằng tích của suất điện động của nguồn điện với cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện. Công suất của nguồn điện bằng công suất của dòng điện chạy trong toàn mạch. A P I t Trong đó: P là công suất của nguồn điện (W). Điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. A UIt Trong đó: A là điện năng tiêu thụ (J) U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V). I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch (A). t là thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch (s). Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
Trong đó: P là công suất điện (W). A là điện năng tiêu thụ (J) U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V). I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch (A). t là thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch (s). Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn đó trong khoảng thời gian 1 giây. Định luật Jun – Lenxơ: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó. STUDY TIP Nếu đoạn mạch là vật dẫn có điện trở thuần R thì điện năng tiêu thụ của đoạn mạch được biến đổi hoàn thành nhiệt năng. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho mạch điện gồm hai điện trở mắc nối tiếp nhau và mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 9V. Cho R = 1,5. Biết hiệu điện thế hai đầu R2 là 6V. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên R2 trong 2 phút? A. 720J B. 1440J C. 2160J D. 24J.
Lời giải Vì R1 nt R2 nên ta có R Điện trở R2 là 2R = Ω. Nhiệt lượng tỏa ra trên R2 trong thời gian 2 phút (120 giây) là Q I Rt = 1440 (J). Đáp án B. Ví dụ 2: Có hai điện trở mắc giữa hai điểm có hiệu điện thế 12V. Khi R1 nối tiếp R2 thì công suất của mạch là 4W. Khi R1 mắc song song R2 thì công suất mạch là 18W. Hãy xác định R1 và R2? Cả A và B đều đúng. Lời giải Ta có + Nếu 1 2 R R 2 tương tự ta tính được 1 2 R R Ω Ω 24 12. Đáp án D. Ví dụ 3: Hai bóng đèn Đ1 ghi 6V – 3W và Đ2 ghi 6V – 4,5W được mắc vào mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có hiệu điện thế U không thay đổi. a) Biết ban đầu biến trở Rb ở vị trí sao cho 2 đèn sáng bình thường. Tìm điện trở của biến trở lúc này? Trên mạch điện, đâu là Đ1 đâu là Đ2? A. 24Ω B. 12Ω C. 36Ω D. 48Ω b) Giả sử từ vị trí ban đầu ta di chuyển biến trở con chạy sang phải một chút thì độ sáng các đèn thay đổi thế nào? Lời giải a) Mạch gồm Đ Rb nt Đ Cường độ dòng điện định mức của các đèn là: 1 2 0,5A 0,75A.
Khi đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua các đèn chính bằng cường độ dòng điện định mức. Dựa vào mạch điện và do dm dm 2 1 I I nên đèn 2 là đèn bên phải, đèn 1 là đèn bên trái. Ta có: Đáp án A. b) Mạch gồm: Đ Rb nt Đ2. Di chuyển biến trở sang phải thì Rb tăng làm cho R toàn mạch tăng nên 2 I giảm nên đèn 2 tối và Ud1 tăng khiến đèn 1 sáng hơn. Ví dụ 4: Cho mạch điện thắp sáng đèn như hình, nguồn có suất điện động 12V. Đèn loại 6V – 3W. Điều chỉnh R để đèn sáng bình thường. Tính công của nguồn điện trong khoảng thời gian 1h? Tính hiệu suất của mạch chứa đèn khi sáng bình thường? A. 21600J và 50%. B. 10800J và 75% C. 21600J và 75% D. 10800J và 50% Lời giải + Theo đề bài Ω + Để đèn sáng bình thường thì Ud Rd 6V U E U 6V + Cường độ qua đèn và qua R chính là cường độ dòng điện trong mạch chính, ta có: 0,5 12 d R + Công của dòng điện trong 1h là: AEIt = 21600J + Hiệu suất 6H = 50% Đáp án A.
Ví dụ 5: Để loại bóng đèn loại 120V – 60W sáng bình thường ở mạng điện có hiệu điện thế 220V, người ta mắc nối tiếp với nó một điện trở phụ R. Tính R? A. 240Ω B. 200Ω C. 220Ω D. 260Ω Lời giải Điện trở của đèn Ω Vì đèn sáng bình thường nên cường độ dòng điện qua đèn bằng cường độ dòng điện định mức của đèn là 60/120 = 0,5A. Vì R nối tiếp đèn nên cường độ dòng điện mạch chính cũng là 0,5A. Điện trở tương đương 220 Đáp án B. Ví dụ 6: Cho mạch điện như hình với 1 2 UR R 9V. Biết cường độ dòng điện qua R3 là 1A. a) Tìm R3? A. 6Ω B. 3Ω C. 9Ω D. 12Ω b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên R2 trong 2 phút? A. 360J. B. 720J. C. 540J. D. 900J. c) Tính công suất của đoạn mạch chứa R1? A. 3W. B. 6W. C. 9W. D. 12W. Lời giải a) + Mạch gồm R1 nt Đáp án A. b) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R2 trong 2 phút là c) Công suất của đoạn mạch chứa R1 là 6W Đáp án B.
Ví dụ 7: Một quạt điện được sử dụng dưới hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua quạt có cường độ là 5A. a) Tính nhiệt lượng mà quạt tỏa ra trong 30 phút theo đơn vị Jun? A. 1980000J. B. 1980J. C. 19800J. D. 33000J. b) Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng quạt trong 30 ngày, mỗi ngày sử dụng 30 phút, biết giá điện là 600 đồng/kWh. (Biết 1Wh = 3600J, 1kWh = 3600kJ). A. 9900 đồng. B. 9600 đồng. C. 10000 đồng. D. 11000 đồng. Lời giải a) Nhiệt lượng mà quạt tỏa ra trong 30 phút là Đáp án A. b) Điện năng tiêu thụ: Vậy số tiền điện phải đóng là T = 600.16,5 = 9900 đồng Đáp án A.