A. TỔNG QUAN KIẾN THỨC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
I. Tóm tắt kiến thức
1. Định luật Jun-Lenxơ
Nhiệt lượng tỏa 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. Công thức
Q = I2RT
Trong đó: R là điện trở của vật dẫn (Ω)
I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A)
t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn (s)
Q là nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn (J)
- Mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal):
1 J = 0,24 cal; 1 cal = 4,18 J
- Lưu ý: Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun – Len – xơ là: Q = 0,24.I2.R.t
II. Phương pháp giải
1. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn
Áp dụng định luật Jun – Len – xơ: Q = I2.R.t
Hay: Q = P.t = U.I.t = I2.R.t = $\frac{U^{2}}{R}$.t
2. Tính công suất tỏa nhiệt của dây dẫn
Áp dụng công thức: P = $\frac{Q}{t}$
Trong đó: Q là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn (J)
t là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn (s)
P là công suất tỏa nhiệt của dây dẫn (W)
3. Phương trình cân bằng nhiệt
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu
Trong đó Qtỏa là nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn
Qthu là nhiệt lượng thu vào
- Lưu ý: Trong trường hợp điện trở của dây dẫn là điện trở thuần thì điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng. Khi đó Q = A.
B. Bài tập & Lời giải
Bài 1: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là I = 2,5A.
a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s.
b) Dùng bếp điện để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25oC thì thời gian đun nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, tính hiệu suất của bếp. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4 200J/kg.K.
c) Mỗi ngày sử dụng bếp điện này 3 giờ. Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong 30 ngày, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.
Bài 2: Hai điện trở R1 = R2 = 100 Ω. Người ta mắc hai điện trở đó lần lượt bằng hai cách: song song và nối tiếp, rồi nối vào mạch điện có hiệu điện thế 100V
a) Tính dòng điện qua các điện trở trong mỗi trường hợp.
b) Xác định nhiệt lượng tỏa ra trên mỗi điện trở trong hai trường hợp trong thời gian 30 phút. Có nhận xét gì về kết quả tìm được.
Bài 3: Một đường dây nối từ mạng điện thành phố tới mạng điện một gia đình là dây dẫn bằng đồng có tổng chiều dài 60m có tiết diện 0,6mm2, có điện trở suất 1,7.10-8 Ω.m. Biết tổng công suất sử dụng các thiết bị điện của gia đình đó là 176W. Thời gian sử dụng điện mỗi ngày trung bình khoảng 4 giờ. Tính:
a, Điện trở toàn bộ đường dây nối từ mạng chung tới gia đình đó.
b, Cường độ dòng điện chạy trong dây khi sử dụng công suất đã cho trên.
c, Nhiệt lượng tỏa ra trên dây này trong 10 ngày.
Xem lời giải
Bài 4: Cho chiều dài của một dây xoắn trong bếp điện là 7m và tiết diện là 0,01mm2. Biết rằng 1,1.10-6 Ω.m là điệu trở suất, hỏi:
a, Độ lớn của điện trở trong dây xoắn là bao nhiêu?
b, Trong trường hợp mắc bếp vào một hiệu điện thế có độ lớn là 220V thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp tỏa ra một lượng nhiệt là bao nhiêu?
c, Giả sử sự hao phí nhiệt được bỏ qua thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp có thể làm cho bao nhiêu lượng nước từ trạng thái 250C đạt được trạng thái sôi (1000C)? (Biết rằng nước có nhiệt dung riêng là 4200J/kgK).
Bài 5: Người ta dùng bếp điện để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ t = 200C. Để đun sôi lượng nước đó trong 20 phút thì phải dùng bếp điện có công suất bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng của nước c = 4,18.103 J/kg.độ, hiệu suất của bếp H = 80%.