CHƯƠNG IV: DÒNG ĐIỆN. MẠCH ĐIỆN

BÀI 25: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Công suất định mức của các dụng cụ điện là?

Giải:

Công suất định mức là công suất đạt được khi nó hoạt động bình thường.

Câu 2: Công thức tính điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch là?

Giải:

Công thức tính điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch là A = U.I.t

Câu 3: Công thức tính công suất điện của một đoạn mạch là?

Giải:

Công thức công suất điện của một đoạn mạch là P = UI .

Câu 4: Điện năng tiêu thụ được đo bằng dụng cụ gì?

Giải:

Công tơ điện đo điện năng tiêu thụ.

Câu 5: Đơn vị của công suất điện là?

Giải:

Đơn vị của công suất điện là Oát, kí hiệu là W.

2. THÔNG HIỂU

Câu 1: Một đoạn mạch có điện trở xác định với hiệu điện thế hai đầu không đổi thì trong 1 phút tiêu thụ 40 J điện năng. Thời gian để đoạn mạch này tiêu thụ hết một 1 kJ điện năng là?

Giải:

Đổi 1 kJ = 1000 J.

Thời gian để đoạn mạch này tiêu thụ hết một 1 kJ điện năng là

t =  = 25 (phút).

Câu 2: Một đoạn mạch tiêu thụ có công suất 100 W, trong 12 phút nó tiêu thụ một năng lượng?

Giải:

Đổi 12 phút = 720 giây

Trong 12 phút đoạn mạch tiêu thụ một năng lượng là

A = P.t = 100 . 720 = 72000 (J) = 72 (kJ).

Câu 3: Đặt một hiệu điện thế U = 18 V vào hai đầu điện trở R = 9 Ω thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là bao nhiêu?

Giải:

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch I =  = 2 A

Áp dụng công thức tính công suất điện của một đoạn mạch là

P = UI = 18.2 = 36W.

Câu 4: Nhiệt lượng tỏa ra trong 2 phút khi một dòng điện 2A chạy qua một điện trở thuần 100 Ω là?

Giải:

Áp dụng công thức định luật Jun – Len xơ

Q = I².R.t = 2².100.(2.60) = 48000 J= 48 kJ

Câu 5: Một nguồn điện có suất điện động 2 V thì khi thực hiện một công 12 J, lực lạ đã dịch chuyển một điện lượng qua nguồn là?

Giải:

Áp dụng công thức tính công của nguồn

A = qE ⇒ q =  =  =6C

3. VẬN DỤNG

Câu 1: Một đoạn mạch có hiệu điện thế hai đầu không đổi. Khi chỉnh điện trở của nguồn là 100 Ω thì công suất của mạch là 20 W. Khi chỉnh điện trở của mạch là 50Ω thì công suất của mạch là?

Giải:

Từ định luật Ôm I =

Áp dụng công thức P = U.I

Khi R = R₁ = 100 Ω thì

P₁ = U.I₁ = U. =  =  = 20W   

U² = 100.20 = 2000

Khi R = R₂ = 50 Ω thì P₂ = U.I₂ =  =  =   = 40W.

Câu 2: Cho một mạch điện có điện trở không đổi. Khi dòng điện trong mạch là 2 A thì công suất tiêu thụ của mạch là 100 W. Khi dòng điện trong mạch là 4 A thì công suất tiêu thụ của mạch là?

Giải:

Từ định luật Ôm cho đoạn mạch I =  U = I.R

Áp dụng công thức P  = U.I = I².R

Khi I = I₁ = 2 A thì

P ₁ = U.I₁ = I₁².R =2².R = 100 W  R = 25 Ω

Khi I = I₂ = 4A thì P₂ = U.I₂ = .R = 4² .25 = 400 (W)

Câu 3: Người ta làm nóng 1 kg nước thêm 1⁰C bằng cách cho dòng điện 1 A đi qua một điện trở 10 Ω. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K. Thời gian cần thiết là?

Giải:

Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng 1 kg nước thêm 1⁰C là:

Q = mc∆t = 1.4200.1 = 4200 J

Thời gian cần để điện trở 10 Ω tỏa ra nhiệt lượng trên là

t =  =  = 420s = 7 phút

Câu 4: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 100 Ω và cường độ dòng điện qua bếp là I = 5A. Nhiệt lượng tỏa ra khi sử dụng bếp trong một giờ là?

Giải:

Nhiệt lượng bếp điện trong 1 giờ là

Q = I².R.t = 5².100.(1.3600) = 9000000 J = 9000 kJ

Câu 5: Để trang trí người ta dùng các bóng đèn 12V – 6W mắc nối tiếp với mạng điện có hiệu điện thế U = 120V. Để các đèn sáng bình thường thì số bóng đèn phải sử dụng là?

Giải:

Để các đèn sáng bình thường thì hiệu điện thế trên hai đầu mỗi đèn là 12 V

Vậy cần mắc nối tiếp N đèn sao cho hiệu điện thế hai đầu mạch là 120 V, U trên mỗi đèn là 12 V.

Ta có N = 120 : 12 = 10 bóng đèn.

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 1: Cho mạch điện gồm hai điện trở nối tiếp mắc vào một nguồn điện, biết hiệu điện thế hai đầu điện trở R₁ là U₁ = 9V, R₁ = 15 Ω. Biết hiệu điện thế hai đầu R₂ là U₂ = 6V. Nhiệt lượng tỏa ra trên R₂ trong 5 phút là?

Giải:

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chứa điện trở R₁, ta có I₁ =  =  = 0,6(A)

Vì hai điện trở mắc nối tiếp nên I = I₁ = I₂ = 0,6 A

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chứa điện trở R₂.

Ta có I₂ =  ⇒ R2 =   =  = 10(Ω)

Nhiệt lượng tỏa ra trên R₂ trong 2 phút là Q = .R₂ .t = 0,6² .10.(5.60) = 1080 J

Câu 2: Khi hai điện trở giống nhau mắc nối tiếp vào một hiệu điện thế U không đổi thì công suất tỏa nhiệt trên đoạn mạch là 100 W. Nếu hai điện trở đó mắc song song và cùng mắc vào hiệu điện thế U trên thì công suất tỏa nhiệt trên đoạn mạch là?

Giải:

Công thức tính công suất tỏa nhiệt là P = U.I =  

Khi 2 điện trở mắc nối tiếp: P_nt =  =

Khi 2 điện trở mắc song song: P_// =  =  =

Lập tỉ số ta được:  =  ⇒  =  ⇒ P_// = 400W

Câu 3: Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220 V thì dòng điện có cường độ 4 A. Dùng bếp này thì đun sôi được 1,2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 20°C trong thời gian 10 phút. Cho nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/(kg.K) và khối lượng riêng của nước là 1 g/cm³. Hiệu suất của bếp là?

Giải:

Nhiệt lượng cung cấp cho 1,2 lít nước từ 20⁰C đến sôi ở 100⁰C là:

Q = mc∆t = 1,2.4200.(100 - 20) = 403200 J

Điện năng tiêu thụ của bếp là

A = U.I.t = 220.4.(10.60) = 528000 J

Hiệu suất của bếp là

 H = .100% = .100% = 76,36%

Câu 4: Một ấm điện có ghi 220 V – 1000 W có thể đun sôi 1,5 lít nước từ 20⁰C trong thời gian 10 phút. Tính hiệu suất của bếp. Biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/(kg.K) và khối lượng riêng của nước là 1 g/cm³. Hiệu suất của bếp là?

Giải:

Nhiệt lượng cung cấp cho 1,5 lít nước từ 20⁰C đến sôi ở 100⁰C là:

Q = mc∆t = 1,5.4200.(100-20) = 504 000 J

Điện năng tiêu thụ của bếp là

A = P.t = 1000.(10.60) = 600 000 J

Hiệu suất của bếp là

 H = .100% = .100%=84%

Câu 5: Một bàn là khi được sử dụng với hiệu điện thế 220 V thì dòng điện chạy qua bàn là có cường độ 5 A. Tiền điện phải trả cho việc sử dụng bàn là này trong 30 ngày, mỗi ngày 30 phút, biết giá tiền điện là 2500 đ/(kWh) là?

Giải:

Đổi 30 phút = 0,5h

Điện năng tiêu thụ khi sử dụng bàn là này trong 30 ngày là

A = U.I.t = 220.5.(0,5.30) = 16500 Wh = 16,5 kWh

Số tiền điện phải trả là M = 16,5.2500 = 41250 đ