ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ
A)Tóm tắt lý thuyết:
1,Điện năng biến đổi thành nhiệt năng:
-Một phần điện năng được biến đổi thành nhiệt năng: +Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần thành nhiệt năng và một phần thành năng lượng ánh sáng.
Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quanh, đèn compac,…
+Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng.
Ví dụ : Máy bơm nước, máy khoan, quạt điện,…
-Toàn bộ điện năng được biến đổi thành nhiệt năng: Dụng cụ hay thiết bị điện có thể biến đổi thành nhiệt năng.
Ví dụ: Bình nước nóng, nồi cơm điện, bàn là, ấm điện,…
2,Định luật Jun – Len – Xơ:
a,Định luật:
-Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở và thời gian dòng điện chạy qua.
b,Công thức:
$Q={{I}^{2}}Rt$
Trong đó:
+Q : nhiệt lượng tỏa ra (J).
+I : cường độ dòng điện (A).
+R : điện trở ($\Omega $).
+t : thời gian (s).
Chú ý:
-Nếu nhiệt lượng Q tính bằng đơn vị calo (cal) thì ta có công thức:
Q = $0,24{{I}^{2}}Rt$
-Ngoài ra Q còn được tính bởi công thức: Q = UIt hoặc Q = $\frac{{{U}^{2}}}{R}$t.
-Công thức tính nhiệt lượng: Q = mc$\Delta $t
Trong đó:
+m: khối lượng (kg).
+c: nhiệt dung riêng (Jkg.K).
+$\Delta $t: độ chênh lệch nhiệt độ ($^{0}$C hoặc $^{0}$K).
c,Phương trình cân bằng nhiệt:
${{Q}_{toa}}={{Q}_{thu}}$
${{Q}_{thu}}={{m}_{1}}{{c}_{1}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})$
${{Q}_{toa}}={{m}_{2}}{{c}_{2}}(t_{1}^{'}-{{t}_{2}})$
Trong đó:
+${{m}_{1}},{{c}_{1}},{{t}_{1}}$ lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật thu nhiệt.
+${{m}_{2}},{{c}_{2}},t_{1}^{'}$ lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật tỏa nhiệt.
+${{t}_{2}}$là nhiệt độ sau cùng của vật.
-Mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal):
1J = 0,24 cal ; 1 cal = 4,18J
B)Bài tập minh họa:
Câu 1: Định luật Jun – len – xơ cho biết điện năng biến đổi thành:
A.Cơ năng.
B.Năng lượng ánh sáng.
C.Hóa năng.
D.Nhiệt năng.
Hướng dẫn
Định luật Jun – Len – Xơ cho biết điện năng biến đổi thành nhiệt năng.
Chọn đáp án D.
Câu 2: Câu phát biểu nào dưới đây là không đúng? Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:
A.Tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.
B.Tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.
C.Tỉ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn.
D.Tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.
Hướng dẫn
Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở và thời gian dòng điện chạy qua.
A – sai vì nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện.
B, C, D – đúng.
Chọn đáp án A.
Câu 3: Biểu thức nào sau đây là công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:
A.Q = IRt B.Q = I$^{2}$Rt
C.Q = IR$^{2}$t D.Q = IRt$^{2}$
Chọn đáp án B.
Câu 4: Đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu của một biến trở R thì cường độ dòng điện chạy qua là I. Công thức nào dưới đây không phải là công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t?
A.Q = $\frac{Ut}{I}$ B.Q = UIt
C.Q = $\frac{{{U}^{2}}t}{R}$ D.Q = ${{I}^{2}}Rt$
Hướng dẫn
Ta có: Q = I$^{2}$Rt
Lại có: I = $\frac{U}{R}$
Nhiệt lượng Q còn được tính bởi các công thức khác:
Q = UIt = $\frac{{{U}^{2}}}{R}$t
Chọn đáp án A.
Câu 5: Mắc các dây vào hiệu điện thế không đổi. Trong cùng một thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn phụ thuộc như thế nào vào điện trở dây dẫn?
A.Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp đôi.
B.Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.
C.Tăng gấp bốn khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.
D.Giảm đi một nửa khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp bốn.
Hướng dẫn
Ta có nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn tỉ lệ thuận với điện trở R.
Khi tăng gấp đôi điện trở của dây dẫn thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn cũng tăng gấp đôi.
Chọn đáp án A.
Câu 6: Chọn câu trả lời đúng. Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua phụ thuộc vào:
A.Điện trở R của dây dẫn.
B.Cường độ dòng điện I chạy qua dây.
C.Thời gian dòng điện chạy qua.
D.Cả A, B, C đều đúng.
Hướng dẫn
Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn: Q = I$^{2}$Rt
Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua dây, điện trở dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.
Chọn đáp án D.
Câu 7: Nếu đồng thời giảm điện trở của dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn đi một nửa thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây sẽ thay đổi như thế nào?
A.Giảm đi 2 lần.
B.Giảm đi 4 lần.
C.Giảm đi 8 lần.
D.Giảm đi 16 lần.
Hướng dẫn
Ta có, nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn: Q = I$^{2}$Rt
Khi đồng thời giảm điện trở của dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn đi một nửa: $I'=\frac{I}{2};R'=\frac{R}{2};t'=\frac{t}{2}$
Nhiệt lượng tỏa ra trên dây khi đó: Q’ = I’$^{2}$R’t’ = $\frac{{{I}^{2}}Rt}{16}$
$\Rightarrow $ Nhiệt lượng sẽ giảm đi 16 lần
Chọn đáp án D.
Câu 8: Chọn câu trả lời sai:
Nhiệt lượng Q được dùng để đun nóng nước có khối lượng m$_{1}$ , nhiệt dung riêng c$_{1}$ và cốc đựng nước có khối lượng m$_{2}$, nhiệt dung riêng c$_{2}$ tăng từ nhiệt độ t$_{1}^{0}$C và t$_{2}^{0}$C được liên hệ với nhau bởi công thức:
A.Q = ${{m}_{1}}{{c}_{1}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+{{m}_{2}}{{c}_{2}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})$
B.Q = $({{m}_{1}}{{c}_{1}}+{{m}_{2}}{{c}_{2}})({{t}_{2}}-{{t}_{1}})$
C.Q = $({{m}_{1}}+{{m}_{2}})({{c}_{1}}+{{c}_{2}})({{t}_{2}}-{{t}_{1}})$
D.Cả A, B đều đúng.
Hướng dẫn
Ta có, nhiệt lượng: Q = mc$\Delta $t
Nhiệt lượng Q được dùng để đun nóng nước có khối lượng m$_{1}$ , nhiệt dung riêng c$_{1}$ và cốc đựng nước có khối lượng m$_{2}$, nhiệt dung riêng c$_{2}$ tăng từ nhiệt độ t$_{1}^{0}$C và t$_{2}^{0}$C được liên hệ với nhau bởi công thức:
Q = ${{m}_{1}}{{c}_{1}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+{{m}_{2}}{{c}_{2}}({{t}_{2}}-{{t}_{1}})$
A, B, D – đúng
C – sai
Chọn đáp án D.
Câu 9: Phương trình nào sau đây là phương trình cân bằng nhiệt:
A.${{Q}_{toa}}+{{Q}_{thu}}=0$
B.${{Q}_{toa}}.{{Q}_{thu}}=0$
C.${{Q}_{toa}}-{{Q}_{thu}}=0$
D.$\frac{{{Q}_{toa}}}{{{Q}_{thu}}}=0$
Hướng dẫn
Phương trình cân bằng nhiệt:
${{Q}_{toa}}={{Q}_{thu}}$
Chọn đáp án C.
Câu 10: Dòng điện có cường độ 2mA chạy qua một điện trở 3k$\Omega $ trong thời gian 10 phút thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này có giá trị nào dưới đây?
A.Q = 7,2J B.Q = 60J
C.Q = 120J D.Q = 3600J
Hướng dẫn
Ta có: t = 10 phút = 600s
Nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này là:
$Q={{I}^{2}}Rt={{\left( {{2.10}^{-3}} \right)}^{2}}{{.3.10}^{3}}.600$ = 7,2J
Chọn đáp án A.
