Bài 16-17. ĐỊNH LUẬT JUN - LEN-XƠ. BÀI TẬP VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT JUN - LEN-XƠ

A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Nội dung của định luật Jun - Len-xơ: 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 trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.

2. Hệ thức của định luật Jun - Len-xơ: Q = $I^{2}$Rt (J).

Lưu ý:

- Nếu tính nhiệt lượng Q ra đơn vị calo (cal), dùng công thức Q = 0,24$I^{2}$Rt.

- Khi dòng điện chạy qua các dụng cụ đốt nóng bằng điện thì điện năng được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng. Dựa vào định luật Jun - Len-xơ, người ta phải chọn dây điện trở của các dụng cụ đốt nóng bằng điện được làm bằng chất có điện trở suất cao.

B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SGK, SBT

C1. A = UIt = $I^{2}$Rt = $2,4^{2}$.5.300 = 8 640 J.

C2. + Nhiệt lượng nước nhận được là :

$Q_{1}$ = $c_{1}m_{1}\Delta t^{0}$ = 4200.0,2.9,5 = 7 980 J.

+ Nhiệt lượng bình nhôm nhận được là :

$Q_{2}$ = $c_{2}m_{2}\Delta t^{0}$ = 880.0,078.9,5 = 652,08 J

+ Nhiệt lượng nước và bình nhôm nhận được là :

Q = $Q_{1}$ + $Q_{2}$ = 7980 + 652,08 = 8632,08 J

C3. Ta thấy : Q $\approx$ A. Nếu tính cả phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh thì Q = A.

C4. Theo hệ thức của định luật Jun – Len-xơ: Q = $I^{2}$Rt, trong đó cường độ dòng điện I chạy qua dây tóc bóng đèn và dây nối bằng nhau vì chúng được mắc nối tiếp, dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn và dây nối trong cùng thời gian t. Như vậy, nhiệt lượng toả ra ở dây tóc bóng đèn và dây nối tỉ lệ thuận với điện trở của chúng. Dây tóc bóng đèn có điện trở lớn nên nhiệt lượng toả ra nhiều, nó nóng đến nhiệt độ cao và phát sáng. Dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng toả ra ít và truyền phần lớn cho môi trường xung quanh nên dây nối hầu như không nóng lên.

C5. + Vì ấm điện sử dụng đúng hiệu điện thế định mức 220 V nên công suất tiêu thụ của ấm điện là 1000 W.

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có :

Bài 1. a) Nhiệt lượng bếp toả ra trong 1 giây :

$Q_{1}$ = $I^{2}Rt$ = $2,5^{2}$.80.1 = 500 J.

b) Nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là:

$Q_{i}$ = cm($t^{0}_{2}$ - $t^{0}_{1}$) = 4200.1,5.(100 - 25) = 472 500 J

Nhiệt lượng mà bếp toả ra là : Q = $Q_{1}$t = 500.20.60 = 600 000 J.

Hiệu suất của bếp là :

c) Công suất của bếp điện có giá trị bằng nhiệt lượng bếp toả ra trong 1 giây:

$\wp$ = 500 W = 0,5 kW

Điện năng bếp điện tiêu thụ trong 30 ngày là :

A = $\wp$t = 0,5.3.30 = 45 kW.h

Tiền điện phải trả là :

T = 45.700 = 31 500 đ.

Bài 2. a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước là :

$Q_{i}$ = cm($t^{0}_{2}$ - $t^{0}_{1}$) = 4200.2(100 – 20) = 672 000 J

b) Nhiệt lượng ấm điện toả ra là :

c) Vì ấm điện sử dụng đúng hiệu điện thế định mức 220 V nên công suất tiêu thụ của ấm điện là 1000 W. Thời gian cần để đun sôi nước là :

Bài 3. a) Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới nhà :

b) Cường độ dòng điện chạy trong đường dây dẫn là

c) Nhiệt lượng toả ra trên đường dây dẫn trong 30 ngày là:

Q = $I^{2}$Rt = $0,75^{2}$.1,36. 3.30.3 600 = 247 860 J $\approx$ 0,07 kW.h.

16-17.1. D.

16-17.2. A.

16-17.3. a) Nhiệt lượng toả ra ở các điện trở $R_{1}$, $R_{2}$ tương ứng là:

b) Nhiệt lượng toả ra ở các điện trở $R_{1}$, $R_{2}$ tương ứng là:

16-17.4. Dựa vào kết quả của bài 16-17.3 a) ta có :

Như vậy nhiệt lượng toả ra trên dây sắt lớn gấp 1,2 lần nhiệt lượng toả ra trên dây nikelin.

16-17.5.

16-17.6. Nhiệt lượng bếp điện toả ra là nhiệt lượng toàn phần :

$Q_{tp}$ = UIt = 220.3.20.60 = 792 000 J

Nhiệt lượng cung cấp cho nước là nhiệt lượng có ích:

$Q_{i}$ = cm($t^{0}_{2}$ – $t^{0}_{1}$) = 4200.2.(100 - 20) = 672000 J

Hiệu suất của bếp điện là:

16-17.7. A.

16-17.8. A.

16-17.9. D.

16-17.10. A.

Nhiệt lượng toả ra ở điện trở trong 10 phút là :

Q = $I^{2}$Rt = $0,002^{2}$.3000.10.60 = 7,2 J

16-17.11. Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 1,5 lít nước đúng bằng nhiệt lượng do dây nung của ấm toả ra :

Q = 420 000.1,5 = 630 000 J

Từ công thức :

16-17.12. a) Công suất tiêu thụ điện của bàn là :

$\wp$ = UI = 110.5 = 550 W.

b) Điện năng bàn là tiêu thụ trong 30 ngày :

A = $\wp$t = 0,55.30.0,25 = 4,125 kW.h

c) Nhiệt lượng bàn là toả ra trong 30 ngày đúng bằng điện năng bàn là tiêu thụ trong 30 ngày :

Q = A = 4,125 kW.h = 4,125.3 600 000 J = 14 850 kJ.

16-17.13. a) Vì bình nóng lạnh sử dụng đúng hiệu điện thế định mức 220 V nên công suất tiêu thụ của bình là 1100 W. Cường độ dòng điện chạy qua bình là :

b) Nhiệt lượng cung cấp cho nước là :

Q = cm($t^{0}_{2}$ – $t^{0}_{1}$) = 4 200.10.(100 - 20) = 3 360 000 J

Thời gian để bình đun sôi nước là :

c) Điện năng bình nóng lạnh tiêu thụ trong 30 ngày là :

A = $\wp$t = 1,1.30 = 33 kW.h.

Tiền điện phải trả cho việc sử dụng bình trong 1 tháng là :

T = 33.1000 = 33 000 đ

16-17.14. a) Vì lò sưởi điện được sử dụng đúng hiệu điện thế định mức 220 V nên công suất tiêu thụ của lò sưởi là 880 W.

Điện trở của dây nung lò sưởi :

Cường độ dòng điện chạy qua dây nung:

b) Nhiệt lượng mà lò sưởi toả ra trong mỗi ngày là :

Q = $\wp$t = 880.4. 3600 = 12672000 J = 12672 kJ

c) Điện năng mà lò sưởi tiêu thụ trong 30 ngày là :

Tiền điện phải trả cho việc dùng lò sưởi trong 30 ngày là :

T = 105,6.1 000 = 105 600 đ

C. BÀI TẬP BỔ SUNG

16-17a. Khi đặt vào hai đầu một dây dẫn hiệu điện thế 12 V thì nhiệt lượng toả ra trên dây trong một phút là 864 J. Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai đầu dây lên đến 24 V thì nhiệt lượng toả ra trên dây trong hai phút sẽ là

A. 432 J.

B. 1 728 J.

C. 6912 J.

D. 3 656 J.

16-17b. Dùng một bếp điện gồm hai điện trở $R_{1}$ và $R_{2}$ để đun một ấm nước. Với cùng một hiệu điện thế, nếu chỉ dùng điện trở $R_{1}$ thì nước trong ấm sẽ sôi sau thời gian $t_{1}$ = 30 phút, nếu chỉ dùng điện trở $R_{2}$ thì nước trong ấm sẽ sôi sau thời gian $t_{2}$ = 50 phút. Hỏi sau bao lâu nước trong ấm sẽ sôi nếu

a) mắc điện trở $R_{1}$ nối tiếp với điện trở $R_{2}$.

b) mắc điện trở $R_{1}$ song song với điện trở $R_{2}$.

Coi nhiệt lượng toả ra môi trường không đáng kể.

HƯỚNG DẪN GIẢI

16-17a. C.

16-17b. Vì nhiệt lượng toả ra trong các trường hợp đều bằng nhau và hiệu điện thế sử dụng như nhau nên theo công thức Q = $\large \frac{U^{2}}{R}$t ⇒ thời gian đun tỉ lệ thuận với điện trở.

Ta có :

a) Mắc $R_{1}$ nt $R_{2}$ ta có:

b) Mắc $R_{1}$ // $R_{2}$ ta có :