SGK Vật Lí 9 - Bài 16 Định luật Jun - Len-xơ

BÀ116
ĐINH LUẬT JUN - LEN-XƠ
Dòng điện chạy qua vật dẫn thường gây ra tác dụng nhiệt. Nhiệt lượng toà ra khi dó phụ thuộc vào các yếu tô'nào ? Tại sao vói cùng một dòng diện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lên tói nhiệt độ cao, còn dây nối với bóng đèn thì hầu như không nóng lên ?
I - TRƯỜNG HỢP ĐIỆN NĂNG BIẾN ĐỔI THÀNH NHIỆT NĂNG
Một phán điện năng được biến đổl thành nhiệt năng
Hãy kế tên ba dụng cụ biến đối một phần điện nàng thành nhiệt năng và một phán thành năng lượng ánh sáng.
Hãy kể tên ba dụng cụ biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng.
Toàn bộ đlện năng được biến đổi thành nhiệt năng
Hãy kế tên ba dụng cụ điện có thế biến đói toàn bộ điện nàng thành nhiệt năng.
Các dụng cụ điện biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng có bộ phận chính là một đoạn dây dần bàng hợp kim nikêlin hoặc constantan. Hãy so sánh điện trờ suất của các dây dần hợp kim này với các dây dần bàng .
đóng.
II - ĐỊNH LUẬT ]UN - LEN-XƠ 1. Hệ thức của định luật
■ Nhiệt lượng toả ra ở dây dần điện trở R khi có dòng điện cường độ I chạy qua trong thời gian t là : Q = I2Rt.
Xử lí kết quả cùa thí nghiệm kiểm tra
Hình 16.1 mô tà thi nghiệm xác định điện năng sử dụng và nhiệt lượng toả ra. Khối lượng nước irq = 200g được đựng trong bình bàng nhôm có khối lượng m2 - 78g và được đun nóng bàng một dây điện trơ. Điêu chinh biến trờ đế ampe kế chi I = 2,4A và kết hợp với số chi cua vôn kê' biết được điện trở của dây là R = 5Q. Sau thời gian t = 300s, nhiệt kê' cho biết nhiệt độ tàng At° = 9,5°c. Biết nhiệt dung riêng cua nước là Cj = 4 200J/kg.K và cúa nhôm là c2 = 880J/kg.K.
. ! Hãy tính điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trơ trong thời gian trên.
S3 Hãy tính nhiệt lượng Q mà nước và bình nhôm nhận được trong thời gian đó.
Hãy so sánh A với Q và nêu nhận xét, lưu ý ràng có một phân nhó nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh.
Phát biểu định luật
Mối quan hệ giữa Q, I, R và t trên đây đã được nhà vật lí người Anh J.P.Jun (James Prescott Joule, 1818-1889) và nhà vật lí người Nga H.Len-xơ (Heinrich Lenz, 1804-1865) độc lập tìm ra bàng thực nghiệm và được phát biếu thành định luật mang tên hai ông :
Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trờ cùa dây dân và thời gian dòng điện chạy qua.
Hệ thức của định luật Jun - Len-xơ :
* Lưu ý:
Nếu đo nhiệt lượng Q bàng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun - Len-xơ là Q = 0,24I2Rt.
Ill	- VẬN DỤNG
Kỉ Hãy giải thích điêu nêu ra trong phân mở đâu của bài : Tại sao với cùng một dòng điện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lén tới nhiệt độ cao, còn dây nối với bóng đèn háu như không nóng lên ?
H.Len-xơ
Q=I2Rt
trong đó :
I đo bàng ampe (A), R đo bàng ôm (Q), t đo bàng giây (s) thì Q đo bàng jun (J).
H3 Một ấm điện có ghi 220V-1 000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V đế đun sôi 2/ nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C. Bò qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng toả vào môi trường, tính thời gian đun sôi nước. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4 200J/kg.K.
ử Nhiệt lượng toả ra ở dày dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời giãn dòng điện chạy qua:
Q = I2Rt.
CÓ THỂ EM CHƯA BIẾT 	.	
Tuỳ theo vật liệu và tiết diện dây dẫn mà các dây dẫn chỉ chịu được những dòng điện có cường độ nhất định. Quá mức đó, theo định luật Jun - Len-xơ, dây dẫn có thể nóng đỏ, làm chảy vổ bọc và gây hoả hoạn. Sử dụng cáu chì mắc nói tiếp với mỗi dụng cụ dùng điện, khi có sụ cố, cuờng độ dòng điện tăng lên quá mức cho phép, thì dây chì sẽ nóng chảy và ngắt mạch tự động, tránh được tổn thất. Vì thế, dây chì và dây dẫn điện phải có tiết diện được tính toán phù hợp vói cường độ dòng điện định mức.
Bảng 1 : Tiết diện cùa dây đóng và dây chì được quy định theo cường độ dòng điện định mức
Cường độ dòng điện định mức (A)
Tiết diện dây đổng (mm2)
(để dây không bị nóng đáng kể)
Tiết diện dây chì (mm2)
(để dây nóng chảy và đứt)
1
0,1
0,3
2,5
0,5
1,1
10
0,75
3,8