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. Show I. Điện năng tiêu thụ và công suất điệnĐiện 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 qua1. 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 điện1. 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 tụ, Công và Công suất của nguộn, 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). Điện năng, Công và Công suất của nguồn điện. Công thức tính và Bài tập -Vật lý 11 bài 8 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.
1. Công, công suất và hiệu suất của nguồn điện – Công của nguồn điện: A = EIt. – Công suất của nguồn điện:  – Hiệu suất của nguồn điện: (E, r là suất điện động và điện trở trong của nguồn; R là điện trở mạch ngoài). Quảng cáo 2. Công, công suất và hiệu suất của máy thu điện – Công tiêu thụ của máy thu điện: A' = UIt = E'It + r'I2t. – Công suất tiêu thụ của máy thu điện: – Hiệu suất của máy thu điện: (E', r' là suất phản điện và điện trở trong của máy thu; R là điện trở mạch ngoài). Ví dụ 1: Acquy có r = 0,08Ω. Khi dòng điện qua acquy là 4A, nó cung cấp cho mạch ngoài một công suất bằng 8W. Hỏi khi dòng điện qua acquy là 6A, nó cung cấp cho mạch ngoài công suất bao nhiêu? Hướng dẫn: Hiệu điện thế mạch ngoài: U = E – rI. Công suất cung cấp cho mạch ngoài: P = UI = (E – rI)I. + Với I = 4A ⇒ P = (E – 0,08.4).4 = 8 ⇒ E = 2,32V. + Với I’ = 6A ⇒ P' = (2,32 – 0,08.6).6 = 11,04W. Vậy: Khi dòng điện qua acquy là 6A, nó cung cấp cho mạch ngoài công suất là P' = 11,04W. Quảng cáo Ví dụ 2: Điện trở R = 8Ω mắc vào 2 cực một acquy có điện trở trong r = 1Ω. Sau đó người ta mắc thêm điện trở R song song với điện trở cũ. Hỏi công suất mạch ngoài tăng hay giảm bao nhiêu lần? Hướng dẫn: Cường độ dòng điện ban đầu trong mạch: Công suất mạch ngoài: Cường độ dòng điện sau khi mắc thêm R: Công suất mạch ngoài: Vậy công suất mạch ngoài tăng lên 1,62 lần Quảng cáo Ví dụ 3: Một động cơ điện mắc vào nguồn điện hiệu điện thế U không đổi. Cuộn dây của động cơ có điện trở R. Khi động cơ hoạt động, cường độ dòng điện chạy qua động cơ là I. a) Lập biểu thức tính công suất hữu ích của động cơ và suất phản điện xuất hiện trong động cơ. b) Tính I để công suất hữu ích đạt cực đại. Khi này, hiệu suất của động cơ là bao nhiêu? Hướng dẫn: a) Biểu thức tính công suất hữu ích của động cơ và suất phản điện xuất hiện trong động cơ Công suất có ích của động cơ: P = UI – RI2. Suất phản điện của động cơ: U = E + RI ⇒ E = U – RI. b) Tính I để công suất hữu ích đạt cực đại Công suất có ích: Theo bất đẳng thức Cô-si: Khi R = r thì công suất mạch ngoài cực đại: Hiệu suất của động cơ: Vậy: Để công suất hữu ích đạt cực đại thì Ví dụ 4: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ E = 12V, r = 2Ω a) Cho R = 10Ω. Tính công suất tỏa nhiệt trên R, công suất của nguồn; hiệu suất của nguồn. b) Tìm R để công suất trên R là lớn nhất? Tính công suất đó ? c) Tính R để công suất tỏa nhiệt trên R là 16 W. Hướng dẫn: a) Ta có: + Công suất tỏa nhiệt trên R: + Công suất của nguồn: Pnguon = E.I = 12W + Hiệu suất của nguồn: b) Ta có: + Theo cô-si ta có: c) Ta có: Ví dụ 5: Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 12V, điện trở trong r = 1Ω. Điện trở R1 = 6Ω, R3 = 4Ω. Hỏi R2 bằng bao nhiêu để công suất trên R2 lớn nhất. Tính công suất này. Hướng dẫn: + Ta có: UR2 = U12 = IR12 + Lại có: + Theo cô-si: + Dấu "=" xảy ra khi: Bài 1. Acquy (E,r) khi có dòng I1 = 15A đi qua, công suất mạch ngoài là P1 = 135W, khi I2 = 6A, P2 = 64,8W. Tìm E, r.
Bài 1. Hiệu điện thế mạch ngoài: U = E – rI. Công suất mạch ngoài: P = UI = (E – rI).I = EI – rI2. Ta có: Vậy: E = 12V; r = 0,2Ω. Bài 2. a) Mạch kín gồm acquy E = 2,2V cung cấp điện năng cho điện trở mạch ngoài R = 0,5Ω. Hiệu suất của acquy H = 65%. Tính cường độ dòng điện trong mạch. b) Khi điện trở mạch ngoài thay đổi từ R1 = 3Ω đến R2 = 10,5Ω thì hiệu suất của acquy tăng gấp đôi. Tính điện trở trong của acquy.
Bài 2. a) Cường độ dòng điện trong mạch Ta có: Hiệu suất của ac quy là: Vậy: Cường độ dòng điện trong mạch là I = 2,86A. b) Điện trở trong của acquy Khi R = R1 thì Khi R = R2 thì ⇔ 21 + 7r = 42 + 4r ⇒ r = 7 Vậy: Điện trở trong của acquy là r = 7 . Bài 3. Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 24V, điện trở trong r = 6Ω. Điện trở R1 = 4Ω. Hỏi giá trị của biến trở R có giá trị bằng bao nhiêu để: a) Công suất mạch ngoài lớn nhất. Tính công suất của nguồn khi đó. b) Công suất trên R lớn nhất. Tính công suất này.
Bài 3. a) Gọi RN là tổng trở mạch ngoài + Ta có: + Theo cô-si ta có: + Dấu "=" xảy ra khi RN = r = 6Ω ⇔ R1 + R = 6Ω ⇒ R = 2Ω b) Ta có: + Theo cô-si ta có: + Dấu "=" xảy ra khi R = R1 + r = 10Ω Bài 4. Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 12V và có điện trở trong r = 0,5 Ω. Các điện trở mạch ngoài R2 = 6Ω, R3 = 12Ω. Điện trở R1 có giá trị thay đổi từ 0 đến vô cùng. Điện trở ampe kế không đáng kể. Điều chỉnh R1 = 1,5Ω. Tìm số chỉ của ampe kế và cường độ dòng điện qua các điện trở. Tính công suất tỏa nhiệt của mạch ngoài, hiệu suất của nguồn điện. Điều chỉnh R1 có giá trị bằng bao nhiêu thì công suất trên R1 đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại đó.
Bài 4. a) Khi R = 1,5Ω. + Ta có: + Điện trở tương đương của mạch: R = R1 + R23 = 1,5 + 4 = 5,5Ω + Dòng điện trong mạch chính: + Hiệu điện thế U23: U23 = I23R23 = 2.4 = 8V ⇒ U2 = U3 = U23 = 8V + Dòng điện qua R2: + Dòng điện qua R3: + Công suất tỏa nhiệt mạch ngoài: P = I2R = 22.5,5 = 22W + Hiệu suất của nguồn: b) Ta có: + Theo cô-si: Dấu "=" xảy ra khi và chỉ khi: Bài 5. Cho mạch điện như hình: E = 12V, r = 1 Ω; Đèn Đ1 có ghi 6V – 3W, đèn Đ2 có ghi 3V – 6W. a) Tính R1 và R2, biết rằng hai đèn đều sáng bình thường. b) Tính công suất tiêu thụ trên R1 và trên R2.
Bài 5. + Vì các đèn đều sáng bình thường nên: + Ta có: UAB = U1 + U2 = 9 V + Định luật ôm cho mạch kín: + Dòng điện qua R1 là: I1 = I – Iđ1 = 2,5 A + Dòng điện qua R2 là: I2 = I – Iđ2 = 1 A b) Công suất tỏa nhiệt trên R1: P1 = I21R1 = 15W + Công suất tỏa nhiệt trên R2: P2 = I22R2 = 3W Bài 6. Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện điện E = 24V, điện trở trong r = 1Ω. Trên các bóng đèn có ghi: Đ1 (12V- 6W), Đ2(12V – 12W), điện trở R = 3Ω. Các bóng đèn sáng như thế nào? Tính cường độ dòng điện qua các bóng đèn. Tính công suất tiêu thụ của mạch điện và hiệu suất của nguồn điện.
Bài 6. Điện trở của các bóng đèn: + Tổng trở mạch ngoài: + Dòng điện trong mạch chính: + Ta có: U1 = U2 = U12 = I.R12 + Cường độ dòng điện qua các bóng đèn: + Cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng đèn: Vậy các đèn sáng hơn mức bình thường đèn dễ cháy b) Công suất tiêu thụ của mạch điện là công suất tiêu thụ ở mạch ngoài nên ta có: Pngoai = I2Rtđ = 22.11 = 44W + Hiệu điện thế hai đầu cực của nguồn: U = E - It = 24 - 2 = 22V + Hiệu suất của nguồn: Bài 7. Nguồn E = 6V, r = 2Ω cung cấp cho điện trở mạch ngoài công suất P = 4W. a) Tìm R. b) Giả sử lúc đầu mạch ngoài là điện trở R1 = 0,5Ω. Mắc thêm vào mạch ngoài điện trở R2 thì công suất tiêu thụ mạch ngoài không đổi. Hỏi R2 nối tiếp hay song song R1 và có giá trị bao nhiêu?
a) Tìm R Công suất mạch ngoài: P = UI = (E – rI)I = EI – rI2 ⇔ 4 = 6I – 2I2 ⇔ I2 – 3I + 2 = 0 Mặt khác: P = RI2 + Với I = 2A + Với I = 1A Vậy: R = 4Ω hoặc R = 1Ω. b) Cách mắc R2 với R1 Công suất tiêu thụ mạch ngoài: Gọi R3 là điện trở tương đương của R1 và R2, ta có: P1 = P3. Vậy: Phải mắc R2 nối tiếp R1 và R2 = R3 – R1 = 8 – 0,5 = 7,5Ω. Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 11 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack
Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.
Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k5: fb.com/groups/hoctap2k5/ Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn. cong-suat-cua-dong-dien-khong-doi.jsp |
