Lý thuyết về Điện năng tiêu thụ, công suất điện, Định Luật Jun-Lenxơ, vật lí 11 DÒNG ĐIỆN
1/ Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch:
Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch là năng lượng điện chuyển hóa thành công để dịch chuyển các điện tích trong mạch.
Video bài giàng Điện năng tiêu thụ, công suất điện, Định Luật Jun-Lenxơ, vật lí 11
Đoạn mạch AB được nối với một nguồn điện, khi đó nguồn điện sẽ tạo ra một hiệu điện thế U giữa hai điểm A và B sinh ra dòng điện dịch chuyển trên đoạn mạch AB.
Dòng điện đi qua điện trở R làm điện trở nóng lên => đoạn mạch đã tiêu thụ năng lượng và chuyển hóa năng lượng đó thành nhiệt năng.
Thay điện trở R bằng một bóng đèn dây tóc => bóng đèn sáng lên khi có dòng điện chạy qua => điện năng của đoạn mạch chuyển hóa thành quang năng.
Thay điện trở R bằng quạt, năng lượng điện làm quạt quay => điện năng chuyển hóa thành cơ năng.
Hiện tượng đoản mạch
Khi trong mạch không có điện trở hoặc các thiết bị tiêu thụ điện năng, việc nối cực âm và cực dương của nguồn điện trực tiếp với nhau (gọi là nối tắt) khi đó trong mạch xảy ra hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch)
Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch) sinh ra nhiệt lượng rất lớn có thể gây cháy, nổ rất nguy hiểm.
Bỏ qua sự mất mát năng lượng ra ngoài môi trường, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:
Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch=công dịch chuyển điện tích trong mạch
Công thức tính điện năng tiêu thụ của đoạn mạch
A=U.|q|=U.I.t
Trong đó:
- U: điện áp (hiệu điện thế) giữa hai đầu đoạn mạch (V)
- I: cường độ dòng điện không đổi trong mạch (A)
- q: lượng điện tích (điện lượng) dịch chuyển trong mạch (C)
- t: thời gian điện lượng dịch chuyển trong mạch (s)
- A: Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch (J)
2/ Công suất điện
Công suất điện được mở rộng từ khái niệm công suất cơ học, có thể định nghĩa công suất điện là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng của mạch điện.
\[P=\frac{A}{t}=UI\]
Trong đó
- P: công suất điện (W)
- A: Điện năng tiêu thụ (J)
- t: thời gian (s)
3/ Định luật Jun-Lenxơ
Định luật Jun-Lenxơ do hai nhà vật lí nghiên cứu độc lập tìm ra. Nhà vật lí Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804 – 1865 – trái) mang quốc tịch Đức – Nga – Estonia, nhà vật lí người Đức James Prescott Joule (1818 – 1889 – phải) đã có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng nên tên của ông Joule (Jun) được đặt cho đơn vị năng lượng.
Nội dung định luật Jun-Lenxơ (Joule-Lenz)
Trong đoạn mạch có dòng điện không đổi, nhiệt lượng tỏa 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.
Công thức định luật Jun-Lenxơ (Joule-Lenz)
Q=I2.R.t
Trong đó:
- Q: nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở (vật dẫn) (J)
- R: điện trở vật dẫn (Ω)
- I: cường độ dòng điện trong mạch (A)
4/ Công suất tỏa nhiệt trên vật dẫn
\[P=\frac{Q}{t}=I^{2}R\]
Trong đó:
- P: công suất tỏa nhiệt (W)
- Q: nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn (J)
5/ Công, công suất của nguồn điện
Công của nguồn điện (công của lực lạ)
$A_{ng}$=E.q=E.I.t
Công suất của nguồn điện
\[P_{ng}=\frac{A_{ng}}{t}=EI\]
Trong đó:
- $A_{ng}$: công của nguồn điện (công của lực lạ) (J)
- $P_{ng}$: công suất của nguồn điện (W)
- E: suất điện động của nguồn điện (V)
Bài tập Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch
Bài tập 1: Tính Điện năng tiêu thụ và nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở 100Ω trong thời gian 1h, biết hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là 100V.
Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch ta có \[I =\frac{U}{R}\]=1A
Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch: A=U.I.t=36.104 (J)
Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: Q=I2.R.t = 36.104 (J)
Nhận xét: A=Q => toàn bộ điện năng đoạn mạch tiêu thụ chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng điều này phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.
Bài tập 2: Một bóng đèn công suất điện là 100W, tính điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 8h.
A=P.t=2,88.106 (J)
Trong thực tế, không chỉ đoạn mạch có dòng điện không đổi mới tiêu thụ điện năng mà đoạn mạch dòng điện thay đổi (điện xoay chiều) cũng tiêu thụ điện năng.
Công tơ điện: dụng cụ dùng để đo điện năng tiêu thụ của các thiết bi sử dụng điện
A = P.t
Trong đó
- A: điện năng tiêu thụ của thiết bị điện (số điện)
- P: công suất định mức ghi trên các thiết bị điện (W)
- t: thời gian các thiết bị dùng điện (s)
- 1 số điện=1KWh=1000(W)*3600(s)=3600000(J)