A. Lý thuyết
I. Khái niệm cơ bản
1. Điện năng
Công của lực điện khi thực hiện công để tạo thành dòng điện trong mạch: A = U.q = U.I.t
Trong đó: U: hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V).
q: Điện lượng chuyển qua tiết điện thẳng của dây dẫn trong thời gian t (C).
I: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch (A).
⇒ Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.
2. Công suất điện (P)
Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
\[P=\frac{A}{t}=U.I.\] (W)
II. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua
1. Định luật Jun – Len-xơ
Nhiệt lượng tỏa ra trên 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.
\[Q=R.{{I}^{2}}.t\]
2. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn:
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 một đơn vị thời gian.
\[P=\frac{Q}{t}=R.{{I}^{2}}\]
III. Công – công suất của nguồn
1. Công của nguồn điện
Công của nguồn điện chính là công của lực lạ bên trong nguồn điện
Công của nguồn điện là lượng điện năng tiêu thụ bên trong toàn mạch.
\[{{A}_{ng}}=q.\varepsilon =\varepsilon I.t\] (J).
2. Công suất của nguồn điện
Công suất của nguồn điện Png là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện và được xác định bằng công của nguồn điện trong một đơn vị thời gian.
\[P=\frac{{{A}_{ng}}}{t}=\varepsilon .I\] (W).
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: SGK trang 49:
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.
Hướng dẫn giải
Điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ được đo bằng công của lực điện thực hiện.
Công thức tính điện năng tiêu thụ: A = q.U = U.I.t
Công thức tính công suất điện: \[P=\frac{A}{t}=U.I.\] (W)
Câu 2: SGK trang 49:
Hãy nêu tên một công 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.
Hướng dẫn giải
a, Lò vi sóng, bóng đèn điện
b, Bàn ủi (bàn là) điện
c, Quạt điện, mô-tơ điện.
d, Bình điện phân dùng trong mạ điện.
Câu 3: SGK trang 49:
Công suất tỏa nhiệt của một đoạn mạch là gì và được tính bằng công thức nào?
Hướng dẫn giải
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 một đơn vị thời gian. \[P=\frac{Q}{t}=R.{{I}^{2}}\]
Câu 4: SGK trang 49:
Công của nguồn điện có mối liên hệ gì với điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín? Viết công thức tính công và công suất điện.
Hướng dẫn giải
Công của nguồn điện bằng với điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín.
Biểu thức: Ang=q.ε=εI.t (J).
Công suất của nguồn điện: \[P=\frac{{{A}_{ng}}}{t}=\varepsilon .I\](W)
Câu 5: SGK trang 49:
Chọn câu đúng.
Điện năng tiêu thụ được đo bằng
A. Vôn kế.
B. Công tơ điện.
C. Ampe kế.
D. Tĩnh điện kế.
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án B.
Câu 6: SGK trang 49:
Công suất điện được đo bằng đơn vị nào sau đây?
A. Jun (J).
B. Oát (W).
C. Newton (N).
D. Culong (C).
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án B.
Câu 7: SGK trang 49:
Tính điện năng tiêu thụ và công suất điện khi dòng điện có cường độ 1 A chạy qua dây dẫn trong một giờ, biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn là 6 V.
Hướng dẫn giải
Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch là: A = U.I.t = 6.1.1.3600 = 21 600 (J).
Công suất điện của nguồn: Png = U.I = 6.1 = 6 (W).
Câu 8: SGK trang 49:
Trên nhãn của một ấm điện có ghi 220 V – 1000 W.
a, Cho biết ý nghĩa của các số ghi trên dây.
b, Sử dụng ấm điện với điện thế 220 V để đun sôi 2 (l) nước từ 250 C. Tính thời gian đển đun nước, biết hiệu suất của ấm là 90% và nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/(kg.K).
Hướng dẫn giải
a, 220 V: Cho biết điện áp định mức của ấm, khi sử dụng hiệu điện thế 220 V đặt vào ấm thì ấm hoạt động bình thường và ở trạng thái tốt nhất.
1000 W: Cho biết khi ấm hoạt động với hiệu điện thế định mức thì sẽ tiêu thụ một công suất là 1000 W.
b, Đổi 2 (l) = 2 (kg).
Nhiệt lượng của ấm cần thu vào để làm nước trong ấm tăng từ 250 C lên 1000 C là:
Qthu = m.c. △T, với △T = T2 – T1 = 100 – 25 = 750C.
Điện năng tiêu thụ lí thuyết của ấm là: Alt = U.I.t = P.t.
Thưc tế, do hiệu suất của ấm là 90%, nên điện năng tiêu thụ của ấm là A = 0,9.P.t = 0,9.Qthu
⇒ 0,9.P.t = m.c. △T.
\[\Rightarrow t=\frac{m.c.\vartriangle T}{0,9P}=\frac{2.4190.75}{0,9.1000}\approx 698\](s)
Câu 9: SGK trang 49
:Một nguồn điện có suất điện động 12 V. Khi mắc nguồn điện này với một bóng đến để thành mạch điện kín thì nó cung cấp một dòng điện có cường độ 0,8 A. Tính công của nguồn điện này sản ra trong thời gian 15 phút và tính công suất của nguồn điện khi đó.
Hướng dẫn giải
Công của nguồn điện là: Ang = ε.I.t = 12.0,8.15.60 = 8640 (J).
Công suất của nguồn điện là: Png = ε.I = 12.0,8 = 9,6 (W)