Lý thuyết Điện năng. Công suất điện hay, chi tiết nhất - Vật Lí lớp 11

Lý thuyết Điện năng. Công suất điện hay, chi tiết nhất

Tài liệu Lý thuyết Điện năng. Công suất điện hay, chi tiết nhất Vật Lí lớp 11 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về Điện năng. Công suất điện từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Vật Lí lớp 11.

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Điện năng tiêu thụ và công suất điện:

• 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: 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)

• 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 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.

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

• Định luật Jun – Len-xơ: Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn khi có dòng điện chạy qua 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 = RI²t.

• 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:

3. Công và công suất của nguồn điện:

• Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch. A_ng = Eq = EIt

• Công suất của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch:

B. Kỹ năng giải bài tập

Áp dụng các công thức:

- Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch: A = Uq = UIt

- Công suất tiêu thụ của đoạn mạch:

- Nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn (định luật Jun-Lenxo):

- Công suất tỏa nhiệt trên vật dẫn:

- Công của nguồn điện: A_ng = Eq = EIt

- Công suất của nguồn điện:

∗ Các kiến thức liên quan:

- Điện trở dây dẫn:

trong đó: ρ là điện trở suất của dây dẫn

l là chiều dài dây (m)

S là diện tích tiết diện dây (m²)

- Nhiệt lượng vật tỏa ra (thu vào) khi thay đổi nhiệt độ từ t₁ đến t₂ là: Q = mc(t₂ - t₁)

với m là khối lượng vật (kg)

c là nhiệt dung riêng của vật (J/kg.K)

- Nhiệt lượng cần cung cấp để vật hóa hơi: Q = L.m trong đó L là ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

C. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng ở dụng cụ hay thiết bị điện nào dưới đây khi chúng hoạt động ?

A. Bóng đèn dây tóc.

B. Quạt điện.

C. Ấm điện.

D. Acquy đang được nạp điện.

Hướng dẫn:

Chọn C.

Ở ấm điện điện năng biến đổi hoàn toàn nhiệt năng.

Câu 2: Công suất tỏa nhiệt ở một vật dẫn không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây ?

A. Hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn.

B. Cường độ dòng điện qua vật dẫn.

C. Thời gian dòng điện đi qua vật dẫn.

D. Điện trở của vật dẫn.

Hướng dẫn:

Chọn C.

Công suất tỏa nhiệt ở vật dẫn:

⇒ không phụ thuộc vào thời gian.

Câu 3: Chọn câu sai:

Đặt một hiệu điện thế U vào một điện trở R thì dòng điện chạy qua có cường độ dòng điện I. Công suất tỏa nhiệt trên điện trở là:

A. P = I²R.                 B. P = UI².

C. P = UI.                 D. P = U²/R.

Hướng dẫn:

Chọn B.

Công suất tỏa nhiệt trên điện trở:

Câu 4: Hai đầu đoạn mạch có điện thế không đổi. Nếu điện trở của đoạn mạch giảm hai lần thì công suất điện của đoạn mạch

A. tăng hai lần.                B. giảm hai lần.

C. không đổi.                 D. tăng bốn lần.

Hướng dẫn:

Chọn A.

Công suất điện của đoạn mạch:

⇒ khi hiệu điện thế không đổi, điện trở đoạn mạch giảm 2 lần thì công suất điện tăng 2 lần.

Câu 5: Hai bóng đèn có công suất lần lượt là P₁ > P₂ đều làm việc bình thường ở hiệu điện thế U. Cường độ dòng điện qua mỗi bóng đèn và điện trở của bóng đèn nào lớn hơn.

A. I₁ < I₂ và R₁ > R₂. B. I₁ > I₂ và R₁ > R₂.

C. I₁ < I₂ và R₁ < R₂. D. I₁ > I₂ và R₁ < R₂.

Hướng dẫn:

Chọn D.

Công suất bóng đèn:

Hai bóng đèn có công suất lần lượt là P₁ > P₂ đều làm việc bình thường ở hiệu điện thế U ⇒ I₁ > I₂ và R₁ < R₂

Câu 6: Trong mạch điện chỉ có điện trở thuần, với thời gian như nhau, nếu cường độ dòng điện giảm hai lần thì nhiệt lượng tỏa ra trên mạch

A. giảm hai lần.                B. tăng hai lần.

C. giảm bốn lần.                D. tăng bốn lần.

Hướng dẫn:

Chọn C.

Nhiệt lượng tỏa ra trên mạch: Q = RI²t > nếu cường độ dòng điện giảm 2 lần mà điện trở và thời gian không đổi thì nhiệt lượng giảm 4 lần.

Câu 7: Hai bóng đèn có hiệu điện thế định mức lần lượt bằng U₁ = 36 V và U₂ = 12 V. Tìm tỉ số các điện trở của chúng nếu công suất định mức của hai bóng đèn đó bằng nhau.

A. R₁/R₂ = 2.                 B. R₁/R₂ = 3.

C. R₁/R₂ = 6.                 D. R₁/R₂ = 9.

Hướng dẫn:

Chọn D.

Công suất bóng đèn:

Ta có

Câu 8: Một bàn là dùng điện 220V. Có thể thay đổi giá trị điện trở cuộn dây bàn là này như thế nào để dùng điện 110V mà công suất không thay đổi ?

A. Tăng gấp đôi.                B. Tăng gấp bốn.

C. Giảm hai lần.                D. Giảm bốn lần.

Hướng dẫn:

Chọn D.

Công suất bàn là:

Ta có

⇒ Điện trở giảm 4 lần

Câu 9: Cho đoạn mạch có điện trở 10 Ω, hiệu điện thế 2 đầu mạch là 20 V. Trong 1 phút điện năng tiêu thụ của mạch là

A. 2,4 kJ.                 B. 40 J.

C. 24 kJ.                 D. 120 J.

Hướng dẫn:

Chọn A.

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch:

Câu 10: Một đoạn mạch thuần điện trở, trong 1 phút tiêu thụ một điện năng là 2 kJ, trong 2 giờ tiêu thụ điện năng là

A. 4 kJ.                 B. 240 kJ.

C. 120 kJ.                 D. 1000 J.

Hướng dẫn:

Chọn B.

Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:

⇒ điện năng tiêu thụ trong 2 giờ là:

Câu 11: Một bếp điện đun hai lít nước ở nhiệt độ t₁ = 20^oC. Muốn đun sôi lượng nước đó trong 20 phút thì bếp điện phải có công suất là bao nhiêu ? Biết nhiệt dung riêng của nước c = 4,18 kJ/(kg.K) và hiệu suất của bếp điện H = 70%.

A. 796W.                 B. 769W.

C. 679W.                 D. 697W.

Hướng dẫn:

Chọn A.

Nhiệt lượng cần cung cấp để nước sôi là: Q = mc(t₂ - t₁)

trong đó: m = 2 kg là khối lượng nước cần đun, t₁ = 20^oC, t₂ = 100^oC

Mặt khác, nhiệt lượng có ích để đun nước do bếp điện cung cấp trong thời gian t là:

Q = H.Pt, với P là công suất của bếp điện.

Câu 12: Dùng ấm điện có ghi 220V - 1000W ở điện áp 110 V để đun 3 kg nước từ 45^oC đến khi bay hơi hết. Cho nhiệu dung riêng của nước lỏng bằng 4190 J/kg.K và ẩn nhiệt bay hơi bằng 260 kJ/kg. Biết hiệu suất của bếp điện là 85%. Thời gian đun xấp xỉ là

A. 67,8 phút.                 B. 87 phút.

C. 94,5 phút.                 D. 115,4 phút.

Hướng dẫn:

Chọn D.

Ấm điện có U₀ = 220V; P₀ = 1000W;

Suy ra, điện trở của ấm là

Khi dùng U = 110 V thì nhiệt lượng tỏa ra là

Nhiệt lượng cần để đun sôi nước và bay hơi hoàn toàn là Q_thu = mcΔt + Lm (L - ẩn nhiệt hóa hơi).

Câu 13: Dùng ấm điện có ghi 220V - 1100W ở điện áp 220V để đun 2,5 lít nước từ nhiệt độ 20^oC thì sau 15 phút nước sôi. Nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/(kg.K). Hiệu suất của ấm là

A. 80%.                 B. 84,64%.

C. 86,46%.                D. 88,4%.

Hướng dẫn:

Chọn B.

Điện trở của ấm là

Nhiệt lượng nước thu vào là: Q_thu = mcΔT = 2,5.4190(100 - 20) = 838000J

Nhiệt lượng do ấm tỏa ra là

Hiệu suất của ấm là

Câu 14: Dẫn một đường dây điện sợi đôi từ mạng điện chung tới một ngôi nhà cách đó 20 m. Biết mỗi sợi dây đơn có một lõi đồng với thiết diện bằng 0,5 mm² với điện trở suất của đồng là 1,8.10^-8 Ωm. Hiệu điện thế ở cuối đường dây, ngay tại lối vào nhà là 220 V. Trong nhà sử dụng các đèn dây tóc nóng sáng với tổng công suất 330 W trung bình 5 giờ mỗi ngày. Nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn trong vòng 30 ngày xấp xỉ bằng

A. 147 kJ.                 B. 0,486 kWh.

C. 149 kJ.                 D. 0,648 kWh.

Hướng dẫn:

Chọn B.

Công suất sử dụng điện năng P = UI ⇒ Dòng điện trong nhà sử dụng là

I = P/U = 330/220 = 1,5 A.

Chiều dài dây dẫn là 20.2 = 40 m.

Điện trở dây dẫn là

Nhiệt lượng hao phí trên đường truyền trong 30 ngày là:

Q_hp = I²Rt = 1749600J = 0,486kWh.