1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Phát biểu định luật Jun – Lenxơ
- Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua thì tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.
Công thức: Q = I2.R.t , trong đó:
I là cường độ dòng điện, đơn vị Ampe (A)
R là điện trở, đơn vị Ôm ()
t là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, đơn vị giây (s).
Q là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn, đơn vị Jun (J).
1.2. Mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal)
1 Jun = 0,24 cal và 1 cal = 4,18 Jun.
Ngoài ra đơn vị Q còn tính theo kcal: 1 kcal = 1000 cal
Vậy, nếu Q tính bằng cal thì công thức của định luật là: Q = 0,24. I2.R.t
2. Phương pháp giải:
2.1. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn
Áp dụng định luật Jun – Lenxơ: Q = I2.R.t
Hay Q = P.t = U.I.t = I2.R.t
2.2. Tính công suất tỏa nhiệt của dây dẫn
Áp dụng công thức Q= P.t suy ra P= Q/tTrong đó:
Q là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t (J)
t là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn (s)
P là công suất tỏa nhiệt của dây dẫn (W)
2.3. Ứng dụng định luật bảo toàn nhiệt lượng
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt : Qthu = Qtỏa
Trong đó Qtỏa là nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn.
Lưu ý:
Trong trường hợp điện trở của dây dẫn là điện trở thuần thì điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng khi đó Q = A.
Bài tập minh họa
Bài 1.
Trong mùa đông, một lò sưởi điện có ghi 220V-880W được sử dụng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ mỗi ngày.
a. Tính điện trở của dây nung lò sưởi và cường độ dòng điện chạy qua nó khi đó.
b. Tính nhiệt lượng mà lò sưởi này tỏa ra trong mỗi ngày theo đơn vị kJ.
c. Tính tiền điện phải trả cho việc dùng lò sưởi như trên trong suốt mùa đông, tổng cộng là 30 ngày.Cho rằng giá tiền điện là 1000đ/kW.h
Hướng dẫn giải:
a. Ta có \[P=\frac{{{U}^{2}}}{R}\Rightarrow R=\frac{{{U}^{2}}}{P}=\frac{{{220}^{2}}}{880}=55\Omega \]
Có: \[P=U.I\Rightarrow I=\frac{P}{U}=\frac{880}{220}=4A\]
b. Nhiệt lượng của lò sưởi tỏa ra mỗi ngày là:
Q = I2Rt = 42.55.4.3600 = 12672000J = 12672KJ
c. Điện năng mà lò sưởi sử dụng trong 30 ngày là:
A = P.t = 880.4.30 = 105600 Wh = 105,600 kW.h
Tiền điện phải trả trong 30 ngày là:
T = 105,600.100 = 105600 đồng
Bài 2.
Khi mắc một bàn là vào hiệu điện thế 110V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ 5A. Bàn là này sử dụng như vậy trung bình 15 phút mỗi ngày.
a. Tính công suất tiêu thụ điện của bàn là này theo đơn vị W.
b. Tính điện năng mà bàn là tiêu thụ trong 30 ngày theo đơn vị kW.h
c. Tính nhiệt lượng mà bàn là tỏa ra trong 30 ngày theo đơn vị kJ, cho rằng điện mà bàn là này tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng.
Hướng dẫn giải:
a. Công suất tiêu thụ điện của Bàn là: P = U.I = 110.5 = 550W = 0,55kW.
b. Điện năng tiêu thụ của Bàn là trong 30 ngày là: A = P.t.30 = 0,55.0,25.30 = 4,125kWh
c. Nhiệt lượng mà Bàn là tỏa ra trong 30 ngày là: Q = A = 4,125kW.h = 14850kJ
Câu hỏi trắc nghiệm
Câu 1: Một đoạn mạch gồm hai dây dẫn mắc nối tiếp, một dây bằng nikêlin dài 1m có tiết diện 1mm2 và dây kia bằng sắt dài 2m có tiết diện 0,5mm2. Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch này trong cùng một thời gian thì dây nào tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn? Biết điện trở suất của nikêlin là 0,40.10-6Ω.m và điện trở suất của sắt là12,0.10-8Ω.m
A. Dây nikêlin tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn
B. Dây sắt tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn
C. Hai dây tỏa nhiệt lượng bằng nhau
D. cả ba đáp án đều sai
Câu 2: Định luật Jun – Lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành:
A. Cơ năng.
B. Năng lượng ánh sáng.
C. Hóa năng
D. Nhiệt năng
Câu 3 : Thời gian đun sôi 1,5 lít nước của một ấm điện là 10 phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220V. Tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước thì cần nhiệt lượng là 420000J.
A. 24Ω B. 23Ω C. 46,1Ω D. 47Ω
Câu 4: Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua bếp điện có cường độ 3A. Dùng bếp này đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 200 trong thời gian 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K
A. 84,8 % B. 40% C. 42,5% D. 21,25%
Câu 6:
Một bình nóng lạnh có ghi 220V-1100W được sử dụng với hiệu điện thế 220V. Tính cường độ dòng điện chạy qua bình
A. 3A B. 4A C. 8A D. 5A
Câu 7:
Một bình nóng lạnh có ghi 220V-1100W được sử dụng với hiệu điện thế 220V. Tính thời gian để bình đun sôi 10 lít nước từ nhiệt độ 200C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ.
A. 30 phút 45 giây
B. 44 phút 20 giây
C. 50 phút 55 giây
D. 55 phút 55 giây
Câu 8:
Trong mùa đông, một lò sưởi điện có ghi 220V-880W được sử dụng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ mỗi ngày. Tính nhiệt lượng mà lò sưởi này tỏa ra trong mỗi ngày
A. 4,92 kW.h B. 3,52 kW.h C. 3,24 kW.h D. 2,56 kW.h
