Chuyên đề: Điện năng tiêu thụ. Công suất điện

A. Bài tập ví dụ

Bài tập 1: Một bàn là được sử dụng đúng với hiệu điện thế định mức là 220V trong 30 phút thì tiêu thụ một lượng điện năng là 1440kJ. Tính:

a. Công suất điện của bàn là.

b. Điện trở của bàn là và dòng điện chạy qua nó khi đó.

Phương pháp giải:

Ở dạng bài tập liên quan đến điện năng tiêu thụ và công suất điện thì điều đương nhiên ta phải biết công thức là gì đã rồi mới làm được :’>. Sau đây là một số công thức cần thiết để làm được dạng bài này nha.

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch:

\(A=Uq=UIt\)

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch là năng lượng điện chuyển hoá thành công để dịch chuyển các điện tích trong mạch.

- Trong đó:
  - A: điện năng tiêu thụ của đoạn mạch (J)
  - U: điện áp (hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch) (V)
  - q: điện lượng dịch chuyển trong mạch (C)
  - I: cường độ dòng điện không đổi trong mạch (A)
  - t: thời gian dòng điện chạy trong mạch (s)

Nhiệt lượng toả ra trên các điện trở (Định luật Jun-Lenxơ)

\(Q=I^2Rt\)

Định luật Jun-Lenxơ:
Trong đoạn mạch có dòng điện không đổi, nhiệt lượng toả ra trên điện trở (vật dẫn) tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, thời gian dòng điện chạy qua điện trở (vật dẫn) đó.

- Trong đó:
  - Q: nhiệt lượng toả ra trên điện trở (vật dẫn) (J)
  - R: điện trở vật dẫn (Ω)
  - I: cường độ dòng điện trong mạch (A)

Công suất toả nhiệt trên vật dẫn:

\(P=\frac{Q}{t}=I^2R\)

- Trong đó:
  - P: công suất toả nhiệt (W)
  - Q: nhiệt lượng toả ra trên vật dẫn (J)

Công của nguồn điện:

\(A_{nguon}=Eq=EIt\)

- Trong đó:
  - A_nguon: công của nguồn điện (công của lực lạ) (J)
  - E: suất điện động của nguồn điện (V)

Công suất của nguồn điện:

\(P_{nguon}=\frac{A_{nguon}}{t}=EI\)

Hừm công thứ cũng không quá nhiều và cũng tương đối dễ nhớ nên dạng bài này cũng không quá khó để giải quyết nó!

Lời giải:

a. Công suất điện của bàn là là:

\(P=\frac{A}{t}=\frac{1440.10^3}{30.60}=800(W)\)

b. Điện trở của bàn là:

\(R=\frac{U^2}{P}=\frac{220^2}{1440.10^3}=60,5(\Omega )\)

Dòng điện chạy qua bàn là:

\(I=\frac{P}{U}=\frac{800}{220}=\frac{40}{11}\approx 3,63(A)\)

Bài tập 2: Cho mạch điện như hình vẽ trong đó: Đ: 6V – 4,5W; U = 9V, R là một biến trở.

a. K đóng đèn sáng bình thường xác định số chỉ của ampe kế.

b. Tính công suất điện của biến trở R.

c. Tính điện năng tiêu thụ của biến trở R và điện năng tiêu thụ của toàn mạch trong thời gian 10 phút.

Lời giải:

a. Ta thấy số chỉ của Ampe kế cũng chính là giá trị định mức của đèn do dòng điện nối tiếp là như nhau ở mọi linh kiện. Vậy số chỉ của Ampe kế là:

\(I_{Ampe}=I_{dm}=\frac{P_{dm}}{U_{dm}}=\frac{4,5}{6}=0,75(A)\)

b. Do mắc nối tiếp đèn và biến trở nên ta được:

\(U=U_R+U_d\Leftrightarrow 9=U_R+6\Rightarrow U_R=6(V)\)

Giá trị của biến trở là:

\(R=\frac{U_R}{I}=\frac{3}{0,75}=4(\Omega )\)

Công suất điện mà biến trở tiêu thụ là:

\(P_R=I^2R=0,75^2.4=2,25(W)\)

c. Điện năng tiêu thụ của biến trở cũng chính là công mà biến trở đã tiêu thụ là:

\(A_R=P_R.t=2,25.10.60=1350(J)\)

Tương tự điện năng tiêu thụ của toán mạch sẽ là:

\(A=UIt=9.2,25.10.60=4050(J)\)

Bài tập 3: Bóng đèn 1 có ghi 220V – 100W và bóng đèn 2 có ghi 220V – 25W.

a. Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V. Tính điện trở R₁ và R₂ tương ứng của mỗi bóng đèn và cường độ dòng I₁ và I₂ chạy qua mỗi đèn khi đó.

b. Mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220V và cho rằng điện trở của mỗi bóng vẫn có giá trị như câu a. Hỏi đèn nào sáng hơn và có công suất gấp bao nhiêu lần đèn kia.

Lời giải:

a. Điện trở của mỗi bóng đèn là:

\(R_1=\frac{U_1^2}{P_1}=\frac{220^2}{100}=484(\Omega )\) \(R_2=\frac{U_2^2}{P_2}=\frac{220^2}{25}=1936(\Omega )\)

Khi hai bóng đèn trên mắc song song vào hiệu điện thế U = 220V thì hiệu điện thế hai đầu mỗi bóng đè đều bằng hiệu điện thế định mức của chúng nên hai đèn lúc này sáng bình thường.

Cường độ dòng điện qua mỗi bóng là:

\(I_1=\frac{P_1}{U}=\frac{100}{220}=0,455(A)\) \(I_2=\frac{P_2}{U}=\frac{25}{220}=0,114(A)\)

b. Khi mắc nối tiếp hai bóng đèn thì do mỗi bóng đèn đều có giá trị điện trở nên ta có thể coi chúng là điện trở à điện trở tương đương khi mắc hai bóng đèn nối tiếp nhau là:

\(R_{td}=R_1+R_2=484+1936=2420(\Omega )\)

Do nối tiếp nên cường độ dòng điện của các phần tử nối tiếp sẽ bằng nhau và bằng cường độ dòng điện của mạch nên ta có:

\(I_1=I_2=I=\frac{U}{R_{td}}=\frac{220}{2420}=\frac{1}{11}(A)\)

Công suất tiêu thụ ở mỗi bóng đèn là:

\(P_1=I_1^2R_1=(\frac{1}{11})^2.0,455=4(W)\) \(P_2=I_2^2R_2=(\frac{1}{11})^2.0,114=16(W)\) \(\Rightarrow P_2=4P_1\)

Do cùng có một cường độ dòng điện như nhau nhưng P₂ = 4P₁ nên đèn 2 sẽ sáng hơn đèn 1

Bài tập tự luyện

Bài tập 1: Một ấm nước dùng với hiệu điện thế 220V thì đun sôi được 1,5 lít nước từ nhiệt độ 20^oC trong thời gian 10 phút. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K. Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³ và hiệu suất của ấm là 90%.

a. Tính điện trở của ấm.

b. Tính công suất điện của ấm.

c. Tính điện năng tiêu thụ của ấm trong 30 ngày mỗi ngày 20 phút theo đơn vị kWh.

Bài tập 2: Cho hình như hình vẽ, giá trị ghi trên đèn Đ: 220V – 100W, điện trở R là một bàn là điện có ghi: 220V – 1000W, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là 110V.

a. Tính điện trở tương đương của toàn mạch.

b. Tính điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian 1 giờ theo đơn vị kWh.

Bài tập 3: Để đun sôi một ấm nước người ta dùng hai dây dẫn R₁ và R₂. Nếu chỉ dùng R₁ thì sau 10 phút nước sôi, nếu chỉ dùng R₂ thì sau 15 phút nước sôi. Biết rằng điện thế của nguồn không thay đổi, bỏ qua sự toả nhiệt từ ấm ra môi trường. Hỏi thời gian đun sẽ là bao nhiêu nếu:

a. Dùng hai dây trên ghép song song.

b. Dùng hai dây trên ghép nối tiếp.