Chương II. Bài 8: Điện năng – Công suất điện

I. Tóm tắt lý thuyết:

A. Điện năng tiêu thụ và công suất điện.

1. Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch.

– Nếu dòng điện có cường độ I thì sau một thời gian t sẽ có một điện lượng q=It di chuyển trongđoạn mạch và khi đó lực điện một công là:

A=Uq=UIt

Trong đó:

• U là hiệu điện thế đặt vào 2 đầu đoạn mạch (V)
• q là lượng điện tích dịch chuyển (C)
• I là cường độ dòng điện trong mạch (A)
• t là thời gian điện tích dịch chuyển (s)

– Vì vậy, lượng điện năng mà một đoạn tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khácđược đo bằng công của lực điện trường khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

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 đoạnmạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Hoặc bằng tích hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điệnchạy qua đoạn mạch đó:

P=\frac{A}{t}=UI.

B. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua:

1. Định luật Jun len xơ.

– Nếu đoạn mạch (hoặc vật dẫn) chỉ có điện trở thuần R (với R=ρ\frac{l}{S}) thì điện năng màđoạn mạch đó tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng.

– Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Q=RI²t

2. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua.

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 xácđịnh bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

P=RI²

C. Công và công suất của nguồn điện.

1. Công của nguồn điện.

Thẹo định luật bảo toàn năng lượng, điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng công của các lực lạ bên trong nguồn điện.Ta có công thức tính công Ang của một nguồn điện khi tạo thành dòng điện có cường độ I chạy trong toàn mạchsau một thời gian t là:

A_ng=ξq=ξIt

2. Công suất của nguồn điện.

Công suất Png của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằngcông của nguồn điện để thực hiện trong đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năngcủa toàn mạch:

P_ng=\frac{A_{ng}}{t}=ξI

II. Bài tập minh hoạ:

Bài 1: Một bóng đèn có ghi: 6V – 3W, khi mắc bóng đèn trên vào hiệu điện thế 6V thì cường độ dòng điệnqua bóng đèn là: Một bóng đèn có ghi: 6V – 3W, khi mắc bóng đèn trên vào hiệu điện thế 6V thì cường độ dòng điện quabóng đèn là bao nhiêu?

Giải

Bóng đèn có ghi: 6V – 3W. Suy ra Pđm = 3W và Uđm = 6V Điện trở của đèn:

R=\frac{Uđm^{2}}{Pđm}=\frac{6^{2}}{3}=12Ω

Khi mắc bóng đèn vào hiệu điện thế 6V thì cường độ dòng điện qua bóng đèn là:

I=\frac{U}{R}=\frac{6}{12}=0,5A

Bài 2: Hai bóng đèn có công suất lần lượt là: P1 và P2 với P1 <P2 đều làm việc bình thường ở hiệu điện thế U. Cường độ dòng điện qua mỗi bóng đèn và điện trở của mỗi bóngđèn có mối liên hệ như thế nào?

Bài 3: Biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn là 6V. Điện năng tiêu thụ trên dây dẫn khi có dòngđiện cường 2A chạy qua trong 1 giờ là bao nhiêu?

Bài 4: Khi nối hai cực của nguồn điện với một mạch ngoài thì công do nguồn điện sinh ra trong thờigian một phút là 720J. Công suất của nguồn điện bằng bao nhiêu?

Bài 5: Một ấm điện có ghi 120V – 480W, người ta sử dụng nguồn điện có hiệu điện thế 120V để đun nước.Điện trở của ấm và cường độ dòng điện qua ấm bằng bao nhiêu?

Bài 6: Một acquy có suất điện động 6V. Nếu acquy này làm dịch chuyển 3,4.1018 electron từ cực dươngtới cực âm của acquy trong 1 giây, thì công suất của acquy này là bao nhiêu?

Bài 7: Hai điện trở giống nhau mắc nối tiếp vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế U thìcông suất tiêu thụ của chúng là 20W. Nếu hai điện trở này được mắc song song và nối tiếp vào nguồn trên thì công suấttiêu thụ của chúng là bao nhiêu?

Bài 8: Hai điện trở R1, R2 (R1 > R2) được mắc vào haiđiểm A và B có hiệu điện thế U = 12V. Khi R1 ghép nối tiếp với R2 thì công suất tiêu thụ củamạch là 4W; Khi R1 ghép song song với R2 thì công suất tiêu thụ của mạch là 18W. Giá trị củaR1, R2 bằng bao nhiêu?

Bài 9: Một đèn ống loại 40W được chế tạo để có công suất chiếu sang bằng đèn dây tóc loại 75W. Nếu sửdụng đèn ống này trung bình mỗi ngày 6 giờ, thì trong 30 ngày số tiền điện so với sử dụng đèn dây tóc nói trên sẽ giảmđược bao nhiêu? (biết giá tiền điện là 1500 đồng/kWh)

Bài 10: Một ấm điện khi được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện qua ấm có cường độ là 5A.Biết rằng giá tiền điện là 1500 đồng/kWh, nếu mỗi ngày sử dụng ấm để đun nước 10 phút, thì trong một tháng (30 ngày)tiền điện phải trả cho việc này là bao nhiêu?