- Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó: P = U.I = I2.R=U2R Trong đó: + P là công suất (W) + U là hiệu điện thế (V) + I là cường độ dòng điện (A) - Đổi đơn vị: + 1 kW = 1000 W + 1 MW = 1000000 W 2. Công thức tính công của dòng điện- Công thức tính công của dòng điện A = P. t = U.I.t = I2.R.t = U2R.t Trong đó: + U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V) + I là cường độ dòng điện qua đoạn mạch (A) + t là thời gian dòng điện thực hiện công (s) + P là công suất điện (W) + A là công của dòng điện (J) - Đơn vị của công là Jun (J) hoặc kW.h (kilooát giờ) 1 kWh = 1000 W. 3600s = 3 600 000 W.s = 3 600 000 J = 3 600 kJ. 3. Hiệu suất sử dụng điện năngTỉ số giữa phần năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng và toàn bộ điện năng tiêu thụ được gọi là hiệu suất sử dụng điện năng: H=AiAtp Trong đó: + Ai là năng lượng có ích + Ahp là năng lượng hao phí vô ích + Atp = Ai + Ahp là năng lượng toàn phần được chuyển hóa từ điện năng Phương pháp giải* Tính công suất tiêu thụ: + Bước 1: Dựa vào dữ kiện đề bài và tính chất đoạn mạch mắc nối tiếp hoặc song song để tìm hai trong ba đại lượng U, I, R. + Bước 2: Áp dụng công thức tính công suất điện (tùy vào bước 1 tìm được đại lượng nào thì sử dụng công thức có mặt các đại lượng đó). * Tính điện năng tiêu thụ theo công suất điện: * Tính tiền điện: ta cần tính được số điện tiêu thụ, hay điện năng tiêu thụ ra đơn vị kWh. 1 kWh = 3 600 000 J = 1 số điện Chú ý: + Nếu tính công suất theo đơn vị kW, thời gian theo đơn vị giờ (h) thì điện năng tiêu thụ sẽ được tính theo đơn vị kWh. Nếu tính công suất điện theo đơn vị W, thời gian theo đơn vị giây (s) thì điện năng tiêu thụ sẽ được tính ra đơn vị Jun (J). + Dựa vào các số liệu định mức ghi trên các dụng cụ điện để tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của dụng cụ đó: + Công suất thực tế của dụng cụ điện được tính thông qua các đại lượng thực tế của dụng cụ đó (có thể không trùng với công suất định mức): Bài 1 : Điện năng không thể biến đổi thành
Lời giải: Điện năng không thể biến đổi thành năng lượng nguyên tử. Chọn đáp án D Bài 2 : Công suất điện cho biết:
Lời giải: Công suất điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian. Chọn đáp án C Bài 3 : Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V – 100W.
Cho rằng điện trở của các bóng đèn trong trường hợp b và c trên đây có giá trị như khi chúng sáng bình thường. Tóm tắt: Uđm1 = 220V; Pđm1 = 100W = 0,1kW;
U = 220V; Pmạch = Pm = ?; Pđèn = P1 = P2 = ?
Uđm3 = 220V; Pđm3 = 75W = 0,075kW Đèn 3 hỏng hay không? Pmạch2 = ?; P1 = ?; P2 = ? Lời giải: Điện năng sử dụng trong 30 ngày là: A1 = PĐ1.t = 0,1 . 120 = 12kW.h \= 12 . 1000 . 3600 = 4,32.107J.
R1=R2=Uđm12Pđm1=2202100=484Ω Điện trở tương đương của 2 đèn khi ghép nối tiếp là: R12 = R1 + R2 = 484 + 484 = 968Ω Công suất của đoạn mạch nối tiếp là: Pm=U2R12=2202968=50W Do hai đèn giống nhau mắc nối tiếp nên công suất của mỗi bóng đèn là: P1 = P2 = Pm : 2 = 50 : 2 = 25 W
R3=Uđm32Pđm3=220275=645,3Ω Điện trở tương đương của mạch khi ghép nối tiếp đèn 1 và đèn 3 là: R13 = R1 + R3 = 484 + 645,3 = 1129,3Ω Cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là: I1=I3=I=UR13=2201129,3=0,195A Hiệu điện thế đặt lên mỗi đèn là: U1 = I1.R1 = 0,195 . 484 = 94,38V U2 = I2.R2 = 0,195 . 645,3 = 125,83V. Như vậy ta thấy hiệu điện thế này đều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của mỗi đèn là 220V nên các đèn không bị hỏng. Công suất của đoạn mạch là: Pm = U.I = 220.0,195 = 42,9W. Công suất của đèn thứ nhất là: P1=I12.R1=0,1952. 484=18,4W Công suất của đèn thứ hai là: P2=I22.R2=0,1952. 645,3=24,5W Bài 4 : Trên một bóng đèn tóc đỏ có ghi 220V – 100W và trên một bóng đèn khác có ghi 220V – 40W.
Tóm tắt: Uđm1 = 220V; Pđm1 = 100W = 0,1kW; Uđm2 = 220V; Pđm2 = 40W = 0,04kW;
t = 1h = 3600s; đèn nào sáng hơn? A = ?
t = 1h; đèn nào sáng hơn? A = ? Lời giải:
R1 = Uđm12 : Pđm1 = 2202 : 100 = 484Ω Điện trở của đèn thứ hai là: R2 = Uđm22 : Pđm2 = 2202 : 40 = 1210Ω Lập tỉ lệ: R2 : R1 = 1210 : 484 = 2,5 ⇒ R2 = 2,5R1. Vậy đèn 1 có điện trở nhỏ hơn đèn 2 là 2,5 lần. Cường độ dòng điện định mức của đèn 1 là: Iđm1 = Pđm : U1đm = 100 : 220 ≈ 0,45A + Cường độ dòng điện định mức của đèn 2 là: Iđm2 = Pđm2 : Uđm2 = 40 : 220 ≈ 0,18A Khi ghép nối tiếp cường độ dòng điện trong đoạn mạch là: I=UR12=UR+1R2 =220484+1210=0,13A Vì đèn 1 và đèn 2 mắc nối tiếp nên: I1 = I2 = I = 0,13A. Qua kết quả tính toán ta so sánh và biết được cả hai đèn thì dòng điện qua chưa đến giá trị định mức vì vậy cả hai đèn đều sáng mờ. Nhưng đèn 2 sẽ sáng hơn đèn 1 (vì I gần với Iđm2 hơn Iđm1) Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch trong 1 giờ là: A = U.I.t = 220 . 0,13 . 3600 \= 102960 J = 0,0286kW.h Điện năng mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ là: A = (P1 + P2)t = (100 + 40).3600 \= 504000J = 0,14kW.h. Ta có: R12=R1.R2R1+R2=345,7Ω Cường độ dòng điện trong đoạn mạch là: I = U : R12 = 220 : 345,7 = 0,63A. Vì đèn 1 song song với đèn 2 nên I = I1 + I2 = 0,63A Ta thấy Iđm1 + Iđm2 = 0,45 + 0,18 = 0,63A Nên lúc này hai đèn sáng bình thường và đèn 1 sáng hơn đèn 2 vì đèn 1 có công suất định mức lớn hơn đèn 2. Bài 5 : Trên một bàn là có ghi 110V – 550W và trên một bóng đèn dây tóc có ghi 110V – 40W.
Tóm tắt: Uđm1 = 110V; Pđm1 = 550W; Uđm2 = 110V; Pđm2 = 40W ;
U = 220V có được không?
Pbàn là = P1 = ?; Pđèn = P2 = ? Lời giải:
R1=Uđm12Pđm1=1102550=22Ω Điện trở của bóng đèn là: R2=Uđm22Pđm2=110240=302,5Ω
R12 = R1 + R2 = 22 + 302,5 = 324,5Ω ⇒ Dòng điện chạy qua chúng có cường độ là: I1=I2=I=UR12=220324,5=0,678A Khi đó hiệu điện thế đặt vào bàn là là: U1 = I . R1 = 0,678 . 22 = 14,9V Hiệu điện thế đặt vào đèn là: U2 = I . R2 = 0,678 . 302,5 ≈ 205,1V Ta thấy U2 > Uđm2 nên đèn sẽ hỏng do vậy không thể mắc nối tiếp hai dụng cụ điện này vào hiệu điện thế 220V.
Iđm1 = Pđm1 : Uđm1 = 550 : 110 = 5A; Iđm2 = Pđm2 : Uđm2 = 40 : 110 = 0,364A. Khi mắc nối tiếp hai dụng cụ điện này thì dòng điện chạy qua chúng có cùng cường độ và chỉ có thể lớn nhất là Imax = Iđm2 = 0,364A, vì nếu lớn hơn thì bóng đèn sẽ hỏng. Vậy có thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này vào hiệu điện thế lớn nhất là: Umax = Imax .(R1 + R2) = 118V. Công suất của bàn là khi đó: P1 = R1.I2 = 22.0,3642 = 2,91 W. Công suất của đèn khi đó: P2 = R2.I2 = 302,5.0,3642 = 40 W. Bài 6 : Một quạt điện dùng trên xe ô tô có ghi 12V – 15W.
Tóm tắt: Uđm = 12V; Pđm = 15W;
U = ?; I = ?
Lời giải:
Điện trở của quạt là: R = U2 : P = 122/15 = 9,6Ω. Cường độ dòng điện chạy qua quạt là: I = U : R = 12 : 9,6 = 1,25A.
A = Pđm.t = 15.3600 = 54000J = 0,015kW.h.
Phần điện năng biến đổi thành cơ năng trong 1 giây là: Pcơ = Ptoàn phần . H \= 15 . 85% = 12,75 J/s Mặt khác ta có: Poàn phần = Pcơ + Pnhiệt ⇒ Phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng trong 1 giây là Pnhiệt = Ptoàn phần - Pcơ \= 15 – 12,75 = 2,25 J/s Điện trở của quạt: Pnhiệt = I2 . R ⇒ R = Pnhiệt : I2 = 1,44Ω. Bài 17 : Một bàn là được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì tiêu thụ một lượng điện năng là 990kJ trong 15 phút.
Tóm tắt: U = 220V; A = 990kJ = 990000J; t = 15 phút = 900s
Lời giải:
A=U.I.t⇒I=AU.t=990000220.900=5A
R = U : I = 220 : 5 = 44Ω Bài 8 : Một biếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua dây nung của bến có cường độ I = 6,8A.
Tóm tắt: U = 220V; I = 6,8A
t = 0,75.30 = 22,5h; H = 80%; Aích = Ai = ? Lời giải:
P = U.I = 220 × 6,8 = 1496W
A = P . t = 1496W.22,5h = 33660W.h Hiệu suất của bếp: H=AiA.100% Phần điện năng có ích Ai mà bếp cung cấp trong 30 ngày là: Ai=H.A100%=80%.33660100% =26928W.h=26,928kW.h Bài 9 : Hai điện trở R1= 12Ω và R2 = 36Ω được mắc song song vào hiệu điện thế U thì có công suất là P1s và P2s. Khi mắc nối tiếp nối tiếp hai điện trở này vào cùng hiệu điện thế U như trên thì công suất điện của mỗi điện trở tương ứng là P1n và P2n.
và P1n với P2n
và P2S với P2n
Tóm tắt: R1 = 12Ω và R2 = 36Ω
Lời giải: Điện trở tương đương khi R1 mắc nối tiếp với R2: Rnt12 = R1 + R2 = 12 + 36 = 48Ω Điện trở tương đương khi R1 mắc song song với R2: Rss12=R1.R2R1+R2=12.3612+36=9Ω
P1s=U12R1=U2R1P2s=U22R2=U2R2 (U1 = U2 = U vì R1//R2) Lập tỉ lệ: P1sP2s=U2U2.R2R1=R2R1=3612=3 ⇒ P1S = 3P2S Công suất tiêu thụ thụ trên R1, R2 khi R1 mắc nối tiếp với R2 lần lượt là: P1n=I12.R1=I2.R1P2n=I22.R2=I2.R2 (I1 = I2 vì R1 nt R2 ). Lập tỉ lệ: P1nP2n=I2I2.R1R2=R1R2=13 ⇒ P2n = 3P1n
+ U = U1 + U2 (1) + U1U2=R1R2=1236=13⇒U2=3U1 (2) Thay (2) vào (1), ta được: U1=U4; U2=3U4 Công suất tiêu thụ của R1, R2 là: P1n=U12R1=U216R1P2n=U22R2=9U216R2 Lập tỉ lệ: P1nP1s=U2U2.R116R1=116⇒P1s=16P1n Lập tỉ lệ: P2nP2s=9U2U2.R216R2=916⇒P2s=169P2n
PS=U2Rss12=U29 và Pn=U2Rn12=U248 Lập tỉ lệ: PnPS=U248.9U2=948⇒PS=163Pn Bài 10 : Cho hai bóng đèn dây tóc có ghi số 6V – 2W và 6V – 3W.
|
