Giải bài tập Vật lí 9 Bài 13: Điện năng - Công của dòng điện

Trả lời câu hỏi giữa bài

Bài C1 trang 37 SGK Vật lí 9: Quan sát hình 13.1 và cho biết:

     + Dòng điện thực hiện công cơ học trong hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện nào?

     + Dòng điện cung cấp nhiệt lượng trong hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện nào?

Lời giải 

   + Dòng điện thực hiện công cơ học trong hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện: Máy khoan, máy bơm nước.

   + Dòng điện cung cấp nhiệt lượng trong hoạt động của các dụng cụ và thiết bị điện: Nồi cơm điện, mỏ hàn, bàn là.

Bài C2 trang 37 SGK Vật lí 9: Các dụng cụ điện khi hoạt động đều biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác. Hãy chỉ ra các dạng năng lượng được biến đổi từ điện năng trong hoạt động của mỗi dụng cụ điện ở bảng 1.

Bảng 1:

Lời giải 

Bài C3 trang 38 SGK Vật lí 9: Hãy chỉ ra trong hoạt động của mỗi dụng cụ điện ở bảng 1, phần năng lượng nào được biến đổi từ điện năng là có ích, là vô ích.

Lời giải 

Lời giải 

   Công suất P là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công, được xác định bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian:

$P={\displaystyle \frac{A}{t}}$

   trong đó: A là công thực hiện được trong thời gian t.

Bài C5 trang 38 SGK Vật lí 9: Xét đoạn mạch được đặt vào hiệu điện thế $U$, dòng điện chạy qua nó có cường độ $I$ và công suất điện của đoạn mạch này là $P$. Hãy chứng tỏ rằng, công của dòng điện sản ra ở đoạn mạch này, hay điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ, được tính bằng công thức $A=Pt=UIt$

Trong đó:

     U đo bằng vôn (V),

     I đo bằng ampe (A)

     t đo bằng giây (s)

     thì công A của dòng điện đo bằng jun (J)

              $1J=1W.1s=1V.1A.1s$.

Phương pháp giải

   Công suất: $P=\frac{A}{t}=UI$

Lời giải 

   Ta có: $P={\displaystyle \frac{A}{t}\Rightarrow A=Pt}$

   Mà: $P=UI$  do đó $A=UIt$; 

   Trong đó U đo bằng vôn (V),

              I đo bằng ampe (A)

              t đo bằng giây (s)

              và công A đo bằng jun (J)

Bài C6 trang 39 SGK Vật lí 9: Bảng 2 ghi lại số đếm của công tơ khi sử dụng một số dụng cụ điện.

Bảng 2

Lời giải 

   Mỗi số đếm của công tơ ứng với lượng điện năng đã sử dụng là

        1KWh = 1000W.1h = 1000W.3600s = 3600000J

Bài C7 trang 39 SGK Vật lí 9: Một bóng đèn có ghi 220V - 75W được thắp sáng liên tục với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ. Tính lượng điện năng mà bóng đèn này sử dụng và số đếm của công tơ trong trường hợp này.
Phương pháp giải  Sử dụng biểu thức tính công: $A=Pt$

Lời giải 

Tóm tắt:

   Bóng đèn 220V – 75W

   U = 220V

   t = 4h

   A = ? (J) và A = ? (kWh)

Lời giải:

   Vì bóng đèn được sử dụng với hiệu điện thế đúng bằng hiệu điện thế định mức nên công suất đèn tiêu thụ cũng chính bằng công suất định mức.

   Lượng điện năng mà bóng đèn này sử dụng là:

       $A=Pt=\mathrm{75.4.3600}=1080000J$

   Hoặc ta có thể tính theo đơn vị kWh: $A=Pt=75.4=300Wh=0,3kWh$.

   Vậy số đếm của công tơ trong trường hợp này là $0,3$ số.

Bài C8 trang 39 SGK Vật lí 9: Một bếp điện hoạt động liên tục trong 2 giờ ở hiệu điện thế 220V. Khi đó số chỉ của công tơ điện tăng thêm 1,5 số. Tính lượng điện năng mà bếp điện sử dụng, công suất của bếp điện và cường độ dòng điện chạy qua bếp trong thời gian trên. 
Phương pháp giải

   Công suất: $P=UI=\frac{A}{t}$

Lời giải 

Tóm tắt:

$\begin{array}{rl}& t=2h\\ & U=220V\\ & A=1,5kWh\\ & A=?J,P=?\mathrm{W},I=?A\end{array}$

Giải

     + Số chỉ của công tơ điện tăng thêm $1,5$ số 

     $\Rightarrow$ Lượng điện năng mà bếp sử dụng là:   $A=1,5kWh=1,5.1000.3600=5400000J$

     + Công suất của bếp điện: 

         $P={\displaystyle \frac{A}{t}}={\displaystyle \frac{1,5}{2}}=0,75kW=750W$

     + Cường độ dòng điện chạy qua bếp trong thời gian này là:

         $P=UI\Rightarrow I={\displaystyle \frac{P}{U}}={\displaystyle \frac{750}{220}}=3,41A$.

I. Điện năng

2. Sự chuyển hóa điện năng thành các dạng năng lượng khác

   - Điện năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác: Cơ năng, quang năng, nhiệt năng, năng lượng từ, hóa năng…

Ví dụ:

   - Bóng đèn dây tóc: điện năng biến đổi thành nhiệt năng và quang năng.

   - Đèn LED: điện năng biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.

   - Nồi cơn điện, bàn là: điện năng biến đổi thành nhiệt năng và quang năng.

   - Quạt điện, máy bơm nước: điện năng biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng.

3. Hiệu suất sử dụng điện

   - Tỷ số giữa phần năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng và toàn bộ điện năng tiêu thụ được gọi là hiệu suất sử dụng điện năng.

   Công thức: $H=\frac{A_1}{A}.100\mathrm{\%}$

   Trong đó:

      + $A_1$: năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng

      + $A$: điện năng tiêu thụ

II. Công dòng điện (Điện năng tiêu thụ)

Công dòng điện

   - Công dòng điện sinh ra trong một đoạn mạch là số đo lượng điện năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác tại đoạn mạch đó.

   - Công thức: $A=Pt=UIt$

Trong đó:

       + $A$: công doàng điện (J)

       + $P$: công suất điện (W)

       + $t$: thời gian (s)

       + $U$: hiệu điện thế (V)

       + $I$: cường độ dòng điện (A)

   - Đơn vị của công: J (Jun) hay kWh ( kilooát giờ)

   - Ngoài ra còn được tính bởi công thức: $A=I^{2}Rt$ hoặc $A=\frac{U^2}{R}t$

Đo điện năng tiêu thụ

   - Lượng điện năng được sử dụng được đo bằng công tơ điện. Mỗi số đếm trên công tơ điện cho biết lượng điện năng sử dụng là 1kilôoat giờ (kW.h)

     $\begin{array}{l}1kW.h=3600kJ=3600000J\\ 1J=\frac{1}{3600000}k\mathrm{W}h\end{array}$

Phương pháp

1. Công suất điện

* Tính công suất điện của một điện trở hay một đoạn mạch:

     + $P=U.I$

     + $P={\displaystyle \frac{A}{t}}$

     + $P={\displaystyle \frac{U^2}{R}}$

     + $P=I^2.R$

* Tính công suất điện của một dụng cụ khi hoạt động ở hiệu điện thế khác với hiệu điện thế định mức:

     + Tính điện trở theo công thức: $R={\displaystyle \frac{U_{dm}^2}{P_{dm}}}$

     + Tính công suất: $P={\displaystyle \frac{U^2}{R}}$

2. Điện năng

* Tính điện năng tiêu thụ của dụng cụ:

    $A=P.t=U.I.t=I^2.R.t={\displaystyle \frac{U^2}{R}}.t$

* Tính điện năng có ích của động cơ:

    $A_i=H.A_{tp}$, với:

     + H: là hiệu suất của động cơ

     + $A_{tp}$: là công do dòng điện sinh ra

Chú ý:

     + 1kJ  = 1000 J

     + 1 Wh = 3600 J

     + 1 kWh = 3600000 J

Bài tập ví dụ:

Bài 1:Trên bóng đèn dây tóc Đ₁ có ghi 220V – 100W. Trên bóng đèn dây tóc Đ₂ có ghi 220V – 75W. Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất của đoạn mạch song song này.

Hướng dẫn giải

   Điện trở của bóng đèn dây tóc Đ₁ và Đ₂ lần lượt là:

     + $R_1={\displaystyle \frac{U_1^2}{P_1}}={\displaystyle \frac{{220}^2}{100}}=484\mathrm{\Omega }$

     + $R_2={\displaystyle \frac{U_2^2}{P_2}}={\displaystyle \frac{{220}^2}{75}}=645,3\mathrm{\Omega }$

   Hai bóng đèn được mắc song song nên điện trở của mạch là:

     $R={\displaystyle \frac{R_1{R}_2}{R_1+R_2}}={\displaystyle \frac{484.645,3}{484+645,3}}=276,6\mathrm{\Omega }$

   Công suất của đoạn mạch là:

     $P={\displaystyle \frac{U^2}{R}}={\displaystyle \frac{{220}^2}{276,6}}=175W$

Bài 2: Một khu dân cư có 500 hộ gia đình, trung bình mỗi hộ sử dụng 4 giờ một ngày với công suất điện 120W. Tính điện năng mà khu dân cư này sử dụng trong 30 ngày.

Hướng dẫn giải

Công suất trung bình của cả khu dân cư là:

$P=120.500=60000W=60k\mathrm{W}$

Điện năng mà khu dân cư sử dụng trong 30 ngày là:

$A=P.t=\mathrm{60.4.30}=7200k\mathrm{W}h$