Trên một bóng đèn có ghi 12 V – 3 W. Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? Khi đó, trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện là bao nhiêu?
Trên một bóng đèn có ghi 12 V – 3 W. Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? Khi đó, trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện là bao nhiêu?
a. Hãy trả lời câu hỏi ở phần mở đầu.
b. Nếu chiếc quạt ở hình 10.1 được cấp nguồn điện 5 V thì trong 30 phút, chiếc quạt đó sẽ tiêu thụ năng lượng điện bao nhiêu jun?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảia. - Khi các thiết bị hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hóa thành các dạng năng lượng: nhiệt năng, cơ năng, hóa năng, ….
- Sự chuyển hóa cho biết thiết bị đó đã tiêu thụ năng lượng điện và số oát của thiết bị điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.
b. Vì quạt được cung cấp U = 5V nên nó sẽ hoạt động bình thường với công suất định mức 4 W
Chiếc quạt tiêu thụ năng lượng điện là: W = U . I . t = P . t = 4 . 30 . 60 = 7200 J
(Trả lời bởi datcoder)
Để đo năng lượng điện tiêu thụ của gia đình, ta dùng đồng hồ đo năng lượng điện hay còn gọi là công tơ điện. Hãy ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình em trong một ngày. Làm thế nào để kiểm tra kết quả ước tính đó có phù hợp với thực tế hay không?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiĐể ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình trong một ngày, ta có thể thực hiện như sau:
1. Ghi lại số liệu từ công tơ điện:
Ví dụ: Ghi lại số liệu từ công tơ điện từ buổi sáng khi chưa dùng điện và sau một khoảng thời gian khoảng một ngày.
2. Tính toán năng lượng tiêu thụ:
- Sử dụng công thức: Năng lượng (kWh) = Công suất (kW) x Thời gian (giờ).
- Xác định công suất dựa trên các thiết bị điện sử dụng trong gia đình và thời gian sử dụng của chúng.
3. Kiểm tra kết quả ước tính:
- So sánh kết quả ước tính năng lượng điện tiêu thụ với số liệu thực tế từ công tơ điện sau một ngày.
- Nếu kết quả gần nhau, thì phương pháp ước tính có thể được tin tưởng.
4. Kiểm tra thiết bị và ứng dụng:
- Kiểm tra và xác định xem tất cả các thiết bị đã được tính toán trong công suất hay chưa.
- Kiểm tra ứng dụng và các thiết bị đo đạc nếu có để đảm bảo chúng đang hoạt động chính xác.
5. Điều chỉnh nếu cần thiết:
- Nếu có sự chênh lệch lớn, xem xét lại các công suất và thời gian sử dụng để điều chỉnh ước tính.
Bằng cách này, gia đình có thể ước tính năng lượng điện tiêu thụ và kiểm tra kết quả đó so với số liệu thực tế từ công tơ điện để đảm bảo tính chính xác và phù hợp.
(Trả lời bởi datcoder)
Xét trường hợp đoạn mạch có điện trở R, hãy chứng tỏ rằng công suất điện của đoạn mạch đó có thể được tính theo công thức: \(P=I^2R=\dfrac{U^2}{R}\).
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiCông suất: P=U.I
Theo định luật Ohm có: \(I=\dfrac{U}{R}\)
\(\Rightarrow P=I^2R=\dfrac{U^2}{R}\)
(Trả lời bởi datcoder)
Từ định luật Joule Lenz và định luật Ohm, hãy chứng minh rằng năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch được tính bằng công thức W = UIt.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTừ định luật Joule Lenz: Q = I2.R.t
Định luật Ohm:
\(I=\dfrac{U}{R}\Rightarrow U=I.R\\ \Rightarrow Q=U.I.t\)
Đây là trường hợp, toàn bộ năng lượng điện chuyển hóa thành năng lượng nhiệt cho nên
W = Q = U.I.t
(Trả lời bởi datcoder)
Để tìm hiểu mối liên hệ giữa năng lượng của dòng điện với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian, Joule thực hiện hai thí nghiệm được mô tả dưới đây.
Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở được mô tả ở sơ đồ hình 10.3. Dụng cụ thí nghiệm gồm: hai nhiệt lượng kế đựng hai lượng nước giống nhau, hai dây điện trở khác nhau nhúng trong nước được mắc nối tiếp với nguồn điện. Khi cho dòng điện chạy qua, hai điện trở sẽ nóng lên và toả nhiệt. Kết quả đo trong cùng khoảng thời gian cho thấy năng lượng nhiệt đo được tỉ lệ với điện trở. Từ đó, ông rút ra kết luận: Năng lượng điện tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn điện.
Em hãy tìm hiểu vì sao lại mắc hai điện trở nối tiếp khi tiến hành thí nghiệm ở hình 10.3.
Việc khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện được mô tả như sơ đồ hình 10.4. Giữ nguyên nhiệt lượng kế và điện trở, trong cùng khoảng thời gian, ứng với các giá trị dòng điện khác nhau, ông đo năng lượng nhiệt tỏa ra trên điện trở và cường độ dòng điện và kết quả cho thấy năng lượng nhiệt tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện. Từ thí nghiệm, ống rút ra kết luận: Năng lượng điện mà điện trở tiêu thụ tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện chạy qua.
Như vậy, bằng các thí nghiệm của mình, nhà bác học Joule đã chứng minh được rằng: Trong trường hợp toàn bộ năng lượng điện chuyển hóa thành năng lượng nhiệt, năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch có mối liên hệ với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó.
Độc lập với Joule, kết quả trên cũng được nhà vật lí người Nga Heinrich Lenz tìm ra bằng thực nghiệm. Mối liên hệ đó được thể hiện bằng định luật Joule – Lenz: Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó Q = I2.R.t.
Từ định luật Joule – Lenz và định luật Ohm, các nhà bác học đã suy ra công thức tính năng lượng của dòng điện, công thức này đã được kiểm tra bằng thực nghiệm và nghiệm đúng trong các trường khác.
Em hãy tìm hiểu vai trò của biến trở ở thí nghiệm hình 10.4.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giải- Mắc hai điện trở nối tiếp vì để chúng cùng một cường độ dòng điện chạy qua, khi có cùng dòng điện chạy qua, cùng thời gian thí nghiệm thì ta mới biết được mối liên hệ giữa điện trở và năng lượng điện.
- Vai trò của biến trở: Biến trở trong mạch điện có thể được điều chỉnh để thay đổi cường độ dòng điện. Khi biến trở được điều chỉnh, cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi theo. Nhờ đó tìm được mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và năng lượng điện.
(Trả lời bởi datcoder)
Nêu thêm một số ví dụ chứng tỏ dòng điện có năng lượng. Với mỗi ví dụ, cho biết năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành dạng năng lượng nào.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiMột số ví dụ chứng tỏ dòng điện có năng lượng:
+ Dòng điện chạy qua bàn là làm bàn là nóng lên: năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành nhiệt năng.
+ Dòng điện chạy qua bóng đèn sợi đốt làm bóng đèn sáng và nóng lên: năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.
(Trả lời bởi datcoder)
Trên các thiết bị điện thường ghi các thông số kĩ thuật. Ví dụ, quạt điện có các thông số như hình 10.1. Khi các thiết bị điện hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hoá thành các dạng năng lượng nào và sự chuyển hoá đó có liên quan như thế nào với số oát của các thiết bị điện?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giải- Khi các thiết bị hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hóa thành các dạng năng lượng: nhiệt năng, cơ năng, ….
- Sự chuyển hóa cho biết thiết bị đó đã tiêu thụ năng lượng điện và số oát của thiết bị điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.
(Trả lời bởi datcoder)
Cho mạch điện gồm một điện trở R mắc với hai đầu nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U. Tính năng lượng điện điện trở tiêu thụ trong thời gian t.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiNăng lượng điện điện trở tiêu thụ trong thời gian t: \(W=UIt=I^2Rt\)
(Trả lời bởi datcoder)
Một học sinh mắc dây điện trở của nhiệt lượng kế với hai cực của nguồn điện như hình 10.5. Biết rằng, các giá trị hiển thị trên màn hình của nguồn điện là cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.
Tính năng lượng của dòng điện trong 10 phút làm thí nghiệm.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiNăng lượng của dòng điện trong 10 phút làm thí nghiệm là:
W = U.I.t = 6 . 1,19 . 10 . 60 = 4 284 J
(Trả lời bởi datcoder)