SGK Vật Lí 11 - Bài 8. Điện năng. Công suất điện
Điện NĂNG Công SUẤT ĐIỆN • Ớ THCS, ta đã biết về điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua và công suất tiêu thụ điện năng.của đoạn mạch đó. Trong bài này, ta sê tìm hiếu quá trình thực hiện công khi có dòng điện chạy qua, tìm hiếu mối liên hệ giữa công cúa nguồn điện và điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín. - ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch Khi đặt một hiệu điện thế u vào hai đầu đoạn mạch tiêu thụ điện năng, các điện tích tự do có trong đoạn mạch chịu tác dụng của lực điện. Sự chuyển dời có hướng của các điện tích này tạo thành dòng điện chạy qua đoạn mạch và khi đó lực điện thực hiện công. Nếu dòng điện có cường độ l thì sau một thời gian t sẽ có một điện lượng q - Ít di chuyển trong đoạn mạch (Hình 8.1) và khi đó lực điện thực hiện một công là : A = í/ợ = ĩ/íí (8 1) 13] Dòng điện chạy qua đoạn mạch gây ra các tác dụng khác nhau và khi đó có sự chuyển hoá từ năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác. 13 Vì vậy, lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích. • ra . 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 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. 'gp=A=uỉ (8.2) - CÔNG SUẤT TOẢ NHIỆT CỦA VẬT DẪN KHI CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA . Định luật Jun - Len-xơ Như đã biết ở THCS, nếu đoạn mạch (hoặc vật dẫn) chỉ có điện trở R (với R = p ) thì điện năng mà đoạn mạch tiếu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng. Kết quả là đoạn mạch nóng lên và toả nhiệt ra môi trường xung quanh. Từ công thức (8.1), suy ra công thức tính nhiệt lượng Q toả ra ở đoạn mạch chỉ có điện trở khi có dòng điện chạy qua và như đã biết ở THCS, mối quan hệ này được Jun - Len-xơ phát biểu thành định luật: Nhiệt lượng toả ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận vói điện trở của vật dần, vói bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẩn đó. Q = RI2t (8.3) Công suất toả nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua Công suất toả nhiệt & ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tod nhiệt của vật dan đó và được xác định bằng nhiệt lượng toả ra ở vật dẫn trong một đơn vị thòi gian. H" Hãy cho biết đơn vị của các đại lượng có mặt trong công thức (8.2). cc Hãy chứng tỏ rằng, công suất toả nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được tính bằng công thức : .^=ậ=R/2 = -^ í r\ và hãy cho biết đơn vị đo của các đại lượng có mặt trong công thức trên. (8.4) ill - CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN Công của nguồn điện Ở bài 7, ta ,đã biết các lực lạ bên trong nguồn điện thực hiện công làm dịch chuyển các điện tích để tạo ra sự tích điện khác nhau ở hai cực của nguồn điện. Kết quả là giữa hai cực có một hiệu điện thế và một dạng năng lượng nào đó (chẳng hạn như năng lượng hoá học trong các pin điện hoá) được biến đổi thành điện năng dự trữ bên trong nguồn điện. Khi tạo thành mạch điện kín, nguồn điện thực hiện công khi di chuyển các điện tích tự do trong toàn mạch để tạo thành dòng điện. Khi đó, điện năng được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác. Theo định luật bảo toàn năng lượng, điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng công của các lực lạ bên trong nguồn điện. Từ công thức (7.3), ta có công thức tính công Ang của nguồn điện khi tạo thành dòng điện có cường độ I chạy trong toàn mạch sau một khoảng thời gian t là : An? = q$ = %It (8.5) Công suất của nguồn điện Công suất của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn diện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch. ^ng = -71 = (8.6) Điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thê giữa hai đầu đoạn 7* mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. 4 = Ư/f Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn : mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. 9° = UI I Công suất toà nhiệt ờ vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được xác định bằng nhiệt 10 lượng toả ra ở vật dẫn đó trong một đơn vị thời gian. Công của nguồn điện bằng điện năng tiêụ thụ trong toàn mạch. B 4ng = • Cống suất của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch. ;- ■ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 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. Hãy nêu tên một dụng cụ hay một thiết bị điện cho mỗi truờng hợp duới đây : Khi hoạt động, biến đổi điện năng thành nhiệt năng và năng luợng ánh sáng. Khi hoạt động, biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng. , Khi hoạt động, biến đổi điện năng thành cơ năng và nhiệt nãng. Khi hoạt động, biến đổi điện năng thành năng luợng hoá học và nhiệt năng. Công suất toả nhiệt của một đoạn mạch là gì và được tính bằng cõng thức nào ? 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 của nguồn điện. ▼ .' Chọn câu đúng. Điện năng tiêu thụ được đo bằng A. vôn kế. B. công tơ điện, c. ampe kế. D. tĩnh điện kế. Công suất điện được đo bằng đon vị nào sau đây ? A. Jun(J). B.Oát(W). c. Niutơn (N). D. Culóng (C). Tính điện năng tiêu thụ và cóng suất điện khi dòng điện có cường độ 1 A chạy qua dây dẫn trong 1 giò, biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn này là 6 V. Trên nhãn của một ấm điện có ghi 220 V- 1 000 w. Cho biết ý nghĩa các số ghi trên đây. Sử dụng ấm điện vói hiệu điện thế 220 V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ 25°c. Tính thời gian đun nuớc, biết hiệu suất của ấm là 90% và nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/(kg.K). Một nguồn điện có suất điện động 12 V. Khi mắc nguồn điện này với một bóng đèn 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 sưất của nguồn điện khi đó.