Điện Năng, Công Và Công Suất Của Nguồn điện Công Thức Tính Và ...

Trong bài này chúng ta cùng tìm hiểu về quá trình thực hiện công khi có dòng điện chạy qua, về mối liên hệ giữa công của nguồn điện và điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín, công thức, cách tính công suất tỏa nhiệt theo định luật Jun-Len-xơ và vận dụng giải bài tập.

I. Điện năng tiêu thụ và công suất điện

1. Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch- Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

 A = Uq = UIt

- Trong đó:

 A: Công của lực điện (J)

 U: Hiệu điện thế đoạn mạch (V)

 I: Cường độ dòng điện của mạch (A)

 t: Thời gian (s)

 q: Lượng điện tích di chuyển qua mạch trong thời gian t (C).

2. Công suất điện

- Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian.

- Công suất điện bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

  

II. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

1. Định luật Jun-Len-xơ

- Phát biểu định luạt Jun-Len-xơ: Nhiệt lượng toả 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.

- Công thức của định luật Jun-Len-xơ: Q = RI2t

- Trong đó:

 Q: Nhiệt lượng (J)

 R: Điện trở (Ω)

 I: Cường độ dòng điện (A)

 t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)

2. Công suất toả nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

- Công suất toả nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng toả ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

 

- Trong đó:

 P: Công suất (W)

 Q: Nhiệt lượng (J)

 R: Điện trở (Ω)

 I: Cường độ dòng điện (A)

 t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)

III. Công và công suất của nguồn  điện

1. Công của nguồn điện

- Điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng công của các lực lạ bên trong nguồn điện, tức là bằng công của nguồn điện.

 Ang = E.q = E.It

- Trong đó:

 E: Suất điện động của nguồn (V)

 q: Điện lượng chuyển qua nguồn (C)

 I: Cường độ dòng chạy qua nguồn (A)

 t: Thời gian dòng điện chạy qua nguồn (s)

2. Công suất của nguồn điện

- Công suất Png của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.

 

- Công suất của nguồn đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian.

IV. Bài tập vận dụng tính Điện năng tiêu thụ, Công và Công suất của nguồn điện, Định luật Jen-Len-xơ.

* Bài 1 trang 49 SGK Vật Lý 11: Điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ được đo bằng công do lực nào thực hiện? Viết công thức tính điện năng tiêu thụ và công suất điện của một đoạn mạch khi có dòng điện chạy qua.

° Lời giải bài 1 trang 49 SGK Vật Lý 11:

- Điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ được đo bằng công do lực điện trường thực hiện.

- Công thức điện năng tiêu thụ của đoạn mạch :

- Công thức tính công suất điện của đoạn mạch:

* Bài 2 trang 49 SGK Vật Lý 11: Hãy nêu tên một dụng cụ hay một thiết bị điện cho mỗi trường hợp dưới đây:

a) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành nhiệt năng và năng lượng ánh sáng

b) Khi hoạt động biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng.

c) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành cơ năng và nhiệt năng.

d) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành năng lượng hóa học và nhiệt năng.

° Lời giải bài 2 trang 49 SGK Vật Lý 11:

a) Bóng đèn dây tóc

b) Bàn là (bản ủi), bếp điện

c) Quạt điện

d) Ắc quy (bình điện)

* Bài 3 trang 49 SGK Vật Lý 11: Công suất tỏa nhiệt của mỗi đoạn mạch là gì và được tính bằng công thức nào?

° Lời giải bài 3 trang 49 SGK Vật Lý 11:

- Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong khoảng thời gian 1 giây: P = R.I2

* Bài 4 trang 49 SGK Vật Lý 11: Công của nguồn điện có mối liên hệ gì với điện năng tiêu thụ trưng mạch điện kín? Viết công thức tính công và công suất của nguồn điện.

° Lời giải bài 4 trang 49 SGK Vật Lý 11:

- Điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín băng công của lực lạ bên trong nguồn điện.

- Công của nguồn điện: Ang = E.I.t (trong đó E là suất điện động của nguồn điện)

- Công suất của nguồn điện: 

* Bài 5 trang 49 SGK Vật Lý 11: Chọn câu đúng: Điện năng tiêu thụ được đo bằng

 A. Vôn kế

 B. Công tơ điện

 C. Ampe kế 

 D. Tĩnh điện kế

° Lời giải bài 5 trang 49 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: B. Công tơ điện

- Điện năng tiêu thụ được đo bằng công tơ điện

* Bài 6 trang 49 SGK Vật Lý 11: Công suất điện được đo bằng đơn vị nào sau đây?

 A. Jun (J)

 B. Oát (W)

 C. Niutơn (N)

 D. Culông (C)

° Lời giải bài 6 trang 49 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: B. Oát (W).

* Bài 7 trang 49 SGK Vật Lý 11: Tính điện năng tiêu thụ và công suất điện khi dòng điện cường độ 1A chạy qua dây dẫn trong 1 giờ, biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn này là 6V.

° Lời giải bài 7 trang 49 SGK Vật Lý 11:

- Theo bài ra, ta có: I = 1(A); U = 6(V); t = 1(h) = 3600(s).

- Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch: A=U.It = 6.1.3600=21600(J)

- Công suất điện của đoạn mạch:

* Bài 8 trang 49 SGK Vật Lý 11: Trên nhãn của một ấm điện có ghi 220V-1000W.

a) Cho biết ý nghĩa các số ghi trên đó.

b) Sử ấm điện với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ 25oC. Tính thời gian đun nước, biết hiệu suất của ấm nước là 90% và nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/(kg.K).

° Lời giải bài 8 trang 49 SGK Vật Lý 11:

a) Ý nghĩa của các số ghi trên ấm điện:220V - 1000W

- Chỉ số 220V là hiệu điện thế định mức đặt vào hai đầu ấm điện để ấm hoạt động bình thường.

- Chỉ số 1000W là công suất tiêu thụ định mức của ấm điện khi sử dụng ấm ở hiệu điện thế 220V.

b) Nhiệt lượng cần thiết để làm sôi 2 lít từ nhiệt độ 250C nước là: Q = mc.Δt

- Theo bài ra, ta có: 

 Khối lượng của 2 lít nước: m = 2kg.

 Nhiệt dung riêng của nước: c = 4190 J/(kg.K)

 Độ tăng nhiệt độ (ở bài này là nước): Δt = 100 - 25.

⇒ Nhiệt lượng cần cung cấp là:

 Q = mc.Δt = 2.4190.(100 - 25) = 628500(J).

- Theo bài ra, hiệu suất ấm là 90% nên lượng điện năng thực tế mà ấm tiêu thụ là:

 

- Ta lại có: 

* Bài 9 trang 49 SGK Vật Lý 11: Một nguồn điện có suất điện động 12V. Khi mắc nguồn điện này thành mạch điện kín thì nó cung cấp một dòng điện có cường độ 0,8A. Tính công của nguồn điện này sản ra trong thời gian 15 phút và tính công suất của nguồn điện khi đó.

° Lời giải bài 8 trang 49 SGK Vật Lý 11:

- Theo bài ra, ta có: E = 12V, I = 0,8A, t = 15 phút = 15.60 = 900 (s).

- Công của nguồn điện sinh ra trong 15 phút: Ang = E.I.t = 12.0,8.900 = 8640(J).

- Công suất của nguồn điện khi này: Png = E.I = 12.0,8 = 9,6(W)

- Kết luận: Ang = 8640(J);  Png = 9,6(W).