Giáo trình tự chọn – Vật lý Ngày soạn 17/10/2005 Tuần Tiết 13-14 Chuyên đề II CÔNG CÔNG SUẤT ĐIỆN ĐỊNH LUẬT JUN-LENXƠ I Lý thuyết + Số Oat dụng cụ điện cho biết công suất định mức dụng cụ + Công suất điện đọan mạch tích hiệu điện hai đầu đọan mạch cường độ dòng điện qua P = UI Trong đó: - P đo oát (W) - U đo Vôn (V) - I đo Ampe (A) Trường hợp đọan mạch có dụng cụ đốt nóng có điện trở R thì: P =RI2 = U2 R + Dòng điện có mang lượng thực công cung cấp nhiệt lượng Năng lượng dòng điện gọi điện + Công dòng điện sản đọan mạch số đo lượng điện chuyển hóa thành dạng lượng khác đọan mạch A= P t = UIt Trong : U đo Vôn (V) I đo Ampe (A) t đo giây (s) A đo Jun (J) 1J = 1Ws = 1V.A.s Ngoài công dòng điện cò đo đơn vị kilôoat giờ(kWh) 1kWh = 1000W.3600s = 3600000J = 3,6.106J + Lượng điện sử dụng đo công tơ điện Mỗi số đếm công tơ điện cho biết lượng điện sử dụng 1kWh II Bài tập công – công suất điện Bài 1: Để trang trí cho quầy hàng , người ta dùng bóng đèn 6V-9W mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện không đổi U = 240V a) Tìm số bóng đèn cần dùng để chúng sáng bình thường GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý b) Nếu có bóng bị cháy , người ta nối tắt đọan mạch có bóng lại công suất tiêu thụ bóng tăng hay giảm phần trăm? Giải: a) Số bóng cần dùng: U 240 n = U  40 d Ud R  b) Điện trở bóng: d = 4 P Nếu có bóng bị cháy điện trở tổng cọng bóng lại : R= 39Rđ = 156 Dòng điện qua đèn là: U I  1,54 A R Công suất tiêu thụ bóng là: P = I2Rđ = 9,48W Nghóa tăng lên so với trước : 9, 48  0, 05 hay tăng xấp xỉ 5% Bài 2:Khi mắc bóng điện vào hiệu điện 220V dòng điện chạy qua có cường độ 455mA a) Tính điện trở công suất bóng b) Bóng sử dụng trung bình ngày Tính điện mà bóng tiêu thụ 30 ngày theo đơn vị jun số đếm tương ứng công tơ điện Giải: U a) Điện trở bóng đèn: 220V Rđ = I  0, 455 A 484 Công suất bóng đèn : P = UI = 220V.0,455A = 100W b) Điện bóng đèn tiêu thụ : A= UIt = 220 0,455.540000 = 54054000J Số đếm công tơ điện tương ứng : N 54054000 J 15 số 3600000 J Bài Có hai bóng đèn với công suất định mức P1 = 40W P2 = 60W , hiệu điện định mức người ta mắc nối tiếp hai bóng đèn vào mạch điện có hiệu điện ghi bóng đèn Tính công suất tiêu thụ bóng đèn Giải: Kí hiệu công suất tiêu thụ bóng đèn mắc nối tiếp P1' P2' , ta có:  U    R R P1' = R1I2 = R1   Ta có:  U    R1  R2   P2' = R2I = R2 (1) (2) GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý U2 U2 P1 =  R1 = R1 P1 (3) U2 U2 P2 =  R1 = R2 P2 (4) Thay (3) vaø (4) vào (1) ta có:   U U  P1' = P1  U U  P  P  Thay soá : P1' = P1' = 40.602 14, 4W 9, 6W  40  60  60.402  60  40       1   P  P1  P2  PP      P1 P2     P1  P2    Ngày soạn 24/10/2005 Tuần Tiết 15-16 BÀI TẬP CÔNG –CÔNG SUẤT ĐIỆN Bài 1: Có hai bóng đèn ghi 40W-110V 100W- 110V a) Tính điện trở đè b) Tính cường độ dòng điện qua đèn mắc song song hai bóng vào mạch điện 110V Đèn náo sáng hơn? c) Tính cường độ dòng điện qua đèn mắc nối tiếp hai bóng vào mạch điện 220V Đèn sáng hơn? Mắc có hại không? Giải: a) Điện trở đèn: U12 1102  302,5 R1 = P1 40 U 2 1102  121 R2 = P2 100 b) Khi maéc song song , cường độ dòng điện qua đèn: I1  U 110  0,36 A R1 302,5 GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý I2  U 110  0,91A R2 121 Vì hiệu điện hai đầummỗi đèn hiệu điện ghi đèn , nên đèn cho công suất công suất ghi đèn , nghóa đèn ghi 100W-100V sáng đèn ghi 40W-110V c) Khi mắc nối tiếp vào U = 220V , hiệu điện hai đầu hai đèn 220V , cường độ dòng điện qua hai đèn nhau: I1 I I  U 220  0,52 A R1  R2 302,5  121 Do P1 = R1I2 = 302,5.(0,52)2  81,8W P2 = R2I2 = 121.(0,52)2  32,7WW Đèn 40W-110V sáng bình thường chóng hỏng , đèn 100W-110V tối bình thường Bài 2: Một động làm việc thời gian 30 phút hiệu điện 220V Khi cường độ dòng điện qua 0,5A Hiệu suất động 7W5% Hãy tính: a) Công toàn phần dòng điện chạy qua động b) Công có ích động sản c) Năng lượng hao phí Giải: a) Công tòan phần dòng điện chạy qua động cơ: A= UIt = 220.0,5 1800 = 198000J b) Từ công thức : H A A ci H = A 100%  Aci 100%  75%.198000 148500 J 100% c) Naêng lượng hao phí 25% lượng tòan phần Ahao phí = 25%.198000J = 49500J Bài 3: Giữa hai điểm A, B có hiệu điện 110V mắc song song bóng đèn Đ(220V-120W) điện trở R Cường độ dòng điện mạch đo 0,5A Bỏ qua phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ a) Bóng đèn Đ có sáng bình thường không ? Tại sao? b) Tính điện trở tương đương đọan mạch AB c) Tính điện trở R Giải: U2 2202 484 a) Ta có : P =  Rđ = U2/ P = Rd 100 Cường độ dòng điện qua đèn mắc vào AB Iđ = U 110  0, 23 A R 484 Khi đèn sáng bình thường , cường độ dòng điện định mức qua đèn: Iđm = Pđm / m = 100/220 = 0,45A GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý Iđ < Iđm đèn sáng không bình thường b) Điện trở tương đương đọan mạch AB U 110 RAB   220 I 0,5 c) Điện trở R : U U 110 o R = I  I  I  0,5  0, 23 407 R d Ngày sọan 07W/11/2005 Tuần Tiết 17W-18 ĐỊNH LUẬT JUN - LENXƠ I.Lý thuyết : + Định luật : Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện , với điện trở dây dẫn thời gian dòng điện chạy qua + Hệ thức: Q = I2Rt Trong : I đo Ampe (A) R đo Ôm () t đo giây (s) Q đo Jun (J) Nếu Q tính calo hệ thức : Q = 0,24I2Rt + Hiệu suất bếp điện tính theo công thức : H Qi Qtp II Bài tập áp dụng: Bài 1: Chứng minh : Trong đọan mạch gồm hai điện trở mắc nối tiếp nhiệt lượng tỏa điện trở tỉ lệ thuận với điện trở Giải: Ta coù : Q1 = I12R1t Q2 = I22R2t  Q1 I12 R1t  Q2 I 2 R2t Vì R1 nt R2  I1 = I2 maø t1= t2 Q R 1  Q R 2 Baøi 2: GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý Chứng minh: Trong đọan mạch mắc song song , nhiệt lượng tỏa dây dẫn tỉ lệ nghịch với điện trở dây Giải: Q1 I12 R1t1  Q2 I 2 R2t2 Vì R1 // R2  U1 = U2 maø t1 = t2 U12 t1 Q1 R1 R    Q2 U R1 t2 R2 Bài 3: Cho mạch điện sơ đồ :  Bóng đèn bếp điện hoạt động bình thường Trên bóng đèn có ghi 220V – 100W , bếp điện có điện trở R = 220, cường độ dòng điện qua bếp Ib = 1A a) Tính nhiệt lượng mà bóng đèn bếp tỏa phút b) Dùng bếp điện để đun sôi lít nước có nhiệt độ ban đầu 25oC thời gian đun sôi nước 30 phút Tính hiệu suất bếp, cho biết nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K Giải : a) Nhiệt lượng mà bếp điện tỏa phuùt: Qb = RbIb2t = 220.1.60 = 13200J Điện trở đèn : RĐ = U d (220)  484 Pd 100 Vì đèn hoạt động bình thường nên Iđ = P đ/ U = 100/220 A Vậy nhiệt lượng mà bóng đèn tỏa phút :  100  Qđ = RñIñ t = 484   60 6000 J  220  b) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 1l nước : Qi = mc t o = 1.4200.(100o – 25o) = 315000J Nhiệt lượng mà bếp tỏa 30 phút Q = Qb.30 = 13200.30 = 396000J Hiệu suất bếp: H Qi 315000  79,5% Q 396000 Bài : Một ấm điện hoạt động bình thường có điện trở R = 220 cường độ dòng điện qua bếp I = 2A a) Tính nhiệt lượng mà ấm tỏa phút GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý b) Dùng bếp để đun sôi lít nước 25oC 20 phút Tính hiệu suất bếp Giải a) Nhiệt lưộng mà ấm tỏa phút: Q1 = RI2t = 220.22.60 = 52800J b) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lít nước : Qi = mc t o = 3.4200.(100o – 25o) = 945000J Nhiệt lượng mà ấm tỏa 20 phút: Q = Q1.20 = 52800.20 = 1056000J Q 945000 i Hiệu suất bếp: H  Q 1056000 89,5% Ngày sọan 08/11/2005 Tuần 10 Tiết 19-20 BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT JUN-LENXƠ Bài 1:một bếp điện 220V-1000W mắc vào mạng điện 220V dây dẫn đồng có tiết diện 1mm2 , chiều dài 5m điện trở suất 1,7W.10-8m a) Tính điện trở dây dẫn b) Cường độ dòng điện chạy mạch c) Tính nhiệt lượng bếp dây tỏa phút Giải: a) Điện trở dây dẫn : Rd  l 1, 7.10  0, 085 S 10 b) Điện trở bếp: Rb = U2 / P = (220) 48, 4 1000 Cường độ dòng điện chạy mạch: I U 220  4,54 A Rb  Rd 48,  0, 085 c) Nhieät lượng bếp tỏa ra: Qb = RbI2t = 48,4.(4,54)2.60  59856J Nhiệt lượng dây dẫn tỏa ra: Qd = RdI2t = 0,085.(4,54)2.60 = 1053J Bài 2: Một dây dẫn nhúng ngập lít nước có nhiệt độ ban đầu 20oC Hỏi sau nước sôi ? Biết hiệu điện hai đầu dây 220V cường độ dòng GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý điện dây 5A Bỏ qua nhiệt lượng ấm htu nhiệt lượng tỏa vào môi trường Giải: Nhiệt lượng cần để lít nùc tăng từ 20oC lên đến 100oC : Q = mc(t2 – t1) = 1.4200.(100 – 20) = 336000J Nhiệt lượng dòng điện cung cấp Q = UIt Vậy thời gian cần có : Q 336000 t  305, 45s UI 220.5 Baøi 3: Người ta mắc hai điện trở R1 = R2 hai cách : nối tiếp song song mắc vào mạch điện có hiệu điện U = 100V a) Tính dòng điện qua điện trở trường hợp b) Xác định nhiệt lượng tỏa điện trở hai trường hợp thời gian 30 phút Có nhận xét kết tìm Giải: a) Khi R1 nt R2 , Ta coù : U 100 I1 = I2 = R  R 50  50 1A Khi R1 // R2 , R1 = R2 nên I'1 = I'2 U 100 I'1 = I'2 = R  50 2 A b) Nhiệt lượng tỏa điện trở: + Khi R1 nt R2 : Q1 = Q2 = I12R1t = 12.50.30.60 = 90000J + R1 // R2 : Q'1 = Q'2 = I'12R1t = 22.50.30.60 = 360000J Nhận xét : Q1' Q2 ' 360000 J   4 Q1' Q2 90000 J Vậy trường hợp nhiệt lượng tỏa điện trở tăng lần so với trường hợp Bài : Hãy giải thích với dòng điện chạy qua mà dây tóc đèn nóng lên tới nhiệt độ cao dây dẫn nối với bóng đèn không nóng lên? Giải: GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý Bóng đèn dây dẫn nối bóng đèn vào nguồn điện mắc nối tiếp nên cường độ dòng điện qua dây dẫn qua bóng đèn Theo định luật JunLenxơ nhiệt lượng tỏa vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở vật dẫn ( Q= I2Rt ) , dây tóc bóng đèn có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa nhiều làm nóng sáng lên , dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng tỏa truyền cho môi trường xung quanh , dây dẫn không nóng lên Ngày soạn 14/11/2005 Tuàân11 Tiết 21-22 : BÀI TẬP VỀ CÔNG –CÔNG SUẤT ĐIỆN ĐỊNH LUẬT JUN-LENXƠ Bài 1: Dây tóc bóng đèn ôtô có điện trở thắp sáng 24 Tính công dòng điện sản dây tóc , biết hiệu điện bóng đèn 12V Giải: p dụng công thức tính công dòng điện : A = UIt Mặt khác :   U I R U2 A t R 122 A 3600 21600 J 21, 6kJ 24 Baøi 2: Cho mạch điện sơ đồ: A R  Đ Biết R = 8 , đèn Đ có ghi 6V-3W Ampe kế có điện trở không đáng kể, người ta thấy kim ampe kế 0,5A Tính: a) Điện trở tòan mạch( bỏ qua điện trở nguồn điện dây nối) b) Hiêu điện hai dầu điện trở đèn GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý c) Điện tiêu thụ toàn mạch thời gian d) Đèn sáng bình thường không ? Tại sao? Giải : a) RĐ = U2 / P = 62 12 RTM = R + RÑ = = 12 = 20 b) UR = I.R = 0,5 = 4(V) UÑ = I.RÑ = 0,5.12 = 6(V) c) A = UIt t = 5.3600 = 18000(s) U = UR + UÑ = + = 10 (V) A = 10.0,5.18000 = 90000(J) = 90 kJ U d 62  3W P = Rd 12 PÑ = .I = 6.0,5 = 3W Công suất tiêu thụ công suất định mức Vậy đèn sáng bình thường Bài 3: Đường dây từ mạng điện chung tới gia đình có chiều dài tổng cọng 80m có lõi đồng với tiết diện 0,5mm2 Hiệu điện cuối đường dây (tại nhà) 220V Gia đình sử dụng dụng cụ điện có tổng công suất 165W trung bình ngày Biết điện trở suất đồng 1,7W.10-8m a) Tính điện trở tòan dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình b) Tính cường độ dòng điện chạy dây dẫn sử dụng công suất cho c) Tính nhiệt lượng tỏa dây dẫn 30 ngày theo đơn vị kWh Giải: a) Điện trở tòan dây daãn: R  l 80 1, 7.10 2, 72 S 0,5.10 b) Cường độ dòng điện chạy dây dẫn: I= P/U= 165 0, 75 A 220 c) Nhiệt lượng tỏa dây dẫn 30 ngày Q = I2Rt = 0,7W5 2,7W2.30.4.3600 = 660960J Tính kWh : Q= 660960 0,1836kWh 3600000 Bài 4: Một bếp điện mắc vào hiệu điện không đổi U = 220V , người ta đo cường độ dòng điện qua bếp 5A GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý a) Tính điện trở bếp b) Tính công suất tiêu thụ bếp nhiệt lượng tỏa bếp 40 phút Giải: a) p dụng định luật Ôm : U 220 R  44 I b) Công suất tiêu thụ bếp: P = UI = 220.5 = 1100W Nhiệt lượng tỏa bếp 40 phút: Q = I2Rt = 52 44 2400 = 264.104J Ngày soạn 21/11/2005 Tuần 12 Tiết 11-12 ÔN TẬP – KIỂM TRA I ÔN TẬP Lý thuyết: + Số Oat ghi dụng cụ điện cho biết gì? + Công thức tính công suất điện đọan mạch? + Điện chuyển hóa thành dạng lượng nào? + Cách tính công dòng điện + Phát biểu định luật Jun-Lenxơ , viết hệ thức , đơn vị đại lượng hệ thức Bài Tập Bài 1: Hai dây điện trở 24 8 mắc nối tiếp song song vào hai điểm M, N có hiệu điện trì 12V Theo cách mắc : a) Tính điện trở tương đương đọan mạch MN b) Tính hiệu điện cường độ dòng điện qua điện trở c) Tính nhiệt lượng tỏa đọan MN thời gian 10 phút d) So sanh công suất điện dòng điện qua điện trở e) So sanh công suất điện đọan mạch MN hai cách mắc Giải Trường hợp hai điện trở mắc nối tiếp a) Điện trở tương đương : R = R1 + R2 = 32 b) Cường độ dòng điện qua điện trở: GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lyù U 12 I1 I I   0,375 A R 32 Hiệu điện hai đầu điện trở: U1 = IR1 = 0,37W5 24 = 9(V) U2 = IR2 = 0,37W5 = 3(V) c) Nhiệt lượng tỏa đọan MN: U2 122 Q t 600 2700( J ) R 32 d) so saùnh công suất điện điện trở: P1 = R I P2 = R I  P1/ P2 = R1 24  3 R2  P1 = P2 Trường hợp hai điện trở mắc song song a) Điện trở tương đương : R R1 R2 24.8  6 R1  R2 24  b) Hiệu điện hai đầu điện trở: U1 = U2 = U = 12V c) Cường độ dòng điện qua điện trở: U 12  0,5 A R1 24 U 12 I   1,5 A R2 I1  d) Nhiệt lượng tỏa đọan mạch MN : U2 122 Q t 600 14400 J R e) So sánh công suất điện điện trở: P1 = U2 R1 P2 = U2 R2  P1 / P2 = R2   R1 24  P2 = P1 GV Nguyễn Lợi ... = 22 0V , hiệu điện hai đầu hai đèn 22 0V , cường độ dòng điện qua hai đèn nhau: I1 I I  U 22 0  0, 52 A R1  R2 3 02, 5  121 Do P1 = R1I2 = 3 02, 5.(0, 52) 2  81,8W P2 = R2I2 = 121 .(0, 52) 2  32, 7WW... điện trở Giải: Ta có : Q1 = I12R1t Q2 = I22R2t  Q1 I 12 R1t  Q2 I 2 R2t Vì R1 nt R2  I1 = I2 maø t1= t2 Q R 1  Q R 2 Bài 2: GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý Chứng minh: Trong đọan mạch... P1'' P2'' , ta coù:  U    R R P1'' = R1I2 = R1   Ta cuõng coù:  U    R1  R2   P2'' = R2I = R2 (1) (2) GV Nguyễn Lợi Giáo trình tự chọn – Vật lý U2 U2 P1 =  R1 = R1 P1 (3) U2 U2 P2 =