Năng lượng điện và công suất điện

Tác giả Hoàng Uyên 10:05 06/12/2023 8,621 Tag Lớp 11

Năng lượng điện, công suất điện là phần kiến thức đặc biệt qua trong trong chương trình Vật lý lớp 11. Kiến thức này thường xuất hiện không chỉ trong những câu lý thuyết mà còn nằm trong những câu bài tập, thậm chí là bài tập nâng cao. Dưới đây là toàn bộ lý thuyết cùng bộ bài tập có đáp án để các em dễ dàng ôn tập và mang tới hiệu quả nhất.

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Năng lượng điện và công suất điện của đoạn mạch

1.1 Năng lượng điện tiêu thụ của một đoạn mạch

Năng lượng tiêu thụ điện trong một đoạn mạch chính bằng tích của hiệu điện thế của hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện đi qua đoạn mạch trong khoảng thời gian dòng điện chạy qua:

A = U.I.t

Với hệ SI, năng lượng đó có đơn vị là jun (kí hiệu là J).

1.2 Công suất điện tiêu thụ của một đoạn mạch

Công suất tiêu thụ điện trong một đoạn mạch chính là năng lượng mà đoạn mạch ấy tiêu thụ trong một khoảng thời gian (đơn vị thời gian).

$\large P=\frac{A}{t}=U.I$

Với hệ SI, oát (W) là đơn vị của công suất.

1.3 Đoạn mạch là điện trở

Nhiệt lượng được tỏa ra với điện trở R được xác định bởi công thức:

$\large Q=A=U.I.t=RI^{2}t=\frac{U^{2}}{R}t$

Công suất tỏa nhiệt sẽ được xác định bằng công thức sau đây:

$\large P=U.I=RI^{2}=\frac{U^{2}}{R}$

2. Năng lượng điện và công suất điện của một nguồn điện

2.1 Sự biến đổi năng lượng trong một nguồn đang phát điện

Một phần năng lượng của nguồn tạo ra dòng điện nhằm cung cấp cho mạch ngoài, phần còn lại sẽ chuyển thành nhiệt lượng và toả ra bên trong nguồn. Công suất tiêu thụ điện từ mạch ngoài với công thức:

$\large P=\frac{A}{t}=E.I-r.I^{2}$

2.2 Năng lượng và công suất điện

Năng lượng toàn phần mà nguồn điện sinh ra trong toàn mạch là:

A_o= EIt

Công suất của nguồn điện được tính bằng:

$\large P_{o}=\frac{A_{o}}{t}=EI$

Hiệu suất của nguồn điện được tính bằng:

$\large H=\frac{P}{P_{o}}=\frac{U}{E}$

Đăng ký ngay khóa học DUO 11 để được các thầy cô tổng hợp kiến thức và xây dựng lộ trình ôn thi THPT đạt điểm 9+ nhé!

3. Bài tập năng lượng điện và công suất điện

Bài 1: Bảng dưới đây ghi lại một số nội dung có trong Hoá đơn thu tiền điện giá trị gia tăng (GTGT) của một Công ty điện lực. Em hãy tìm hiểu và cho biết ý nghĩa của những số liệu có trong bảng.

Lời giải:

- Cột chỉ số mới và cột chỉ số cũ để thể hiện sự chênh lệch của năng lượng điện tiêu thụ của tháng sau so với tháng trước.

- Cột điện năng tiêu thụ để thể hiện năng lượng điện đã được tiêu thụ trong vòng 1 tháng.

Bài 2: Năng lượng điện tiêu thụ ở trong những dụng cụ và thiết bị dùng điện ở hình dưới đây có thể chuyển hoá thành dạng năng lượng nào nhiều nhất?

Lời giải:

- Hình a. Xe đạp điện – năng lượng điện được tiêu thụ chuyển hoá thành động năng là nhiều nhất.

- Hình b: Ấm đun nước – năng lượng điện được tiêu thụ chuyển hoá thành nhiệt năng là nhiều nhất.

- Hình c: Bóng đèn sợi đốt – năng lượng điện được tiêu thụ chuyển hoá thành quang năng và nhiệt năng là nhiều nhất.

- Hình d: Bóng đèn LED – năng lượng điện được tiêu thụ chuyển hoá thành quang năng là nhiều nhất.

Bài 3: Lúc hoạt động, những thiết bị tiêu thụ điện sẽ biến đổi dạng điện năng thành những dạng năng lượng khác. Chẳng hạn như bóng đèn sẽ biến đổi một phần của điện năng thành dạng quang năng, quạt máy sẽ biến đổi một phần điện năng thành dạng cơ năng, bàn là sẽ biến đổi điện năng thành dạng nhiệt năng,... Năng lượng điện mà những thiết bị tiêu thụ điện này phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Lời giải:

Năng lượng điện mà những thiết bị tiêu thụ điện phụ thuộc vào điện trở trong thiết bị điện đó, cường độ dòng điện đi qua, hiệu điện thế đặt ở hai đầu thiết bị và cả thời gian thiết bị đó hoạt động lúc sử dụng.

Bài 4: Sử dụng những dây dẫn (với điện trở không đáng kể) nối hai đầu của một điện trở với hai cực của một nguồn điện để tạo thành một mạch kín. Khi đó, dòng điện sẽ sinh công trên những đoạn dây nối hay không? Tại sao?

Lời giải:

Khi những sợi dây dẫn với điện trở không đáng kể thì có thể coi như dòng điện ấy không sinh công ở trong những đoạn dây nối mà dòng điện đã sinh công trên điện trở, công này sẽ được chuyển đổi thành dạng nhiệt. Tuy nhiên ở trong thực tế thì tất cả những dây dẫn đều mang điện trở cho nên khi sử dụng dây dẫn để nối vào các thiết bị điện, một lúc sau khi sờ tay vào dây dẫn thì ta có thể cảm thấy dây nóng dần lên.

Bài 5: Một pin hoặc ắc quy khi được lưu hành ở ngoài thị trường sẽ chứa thêm những thông số thể hiện khả năng cung cấp điện của chúng cho những thiết bị khác, đơn vị Ah (nghĩa là ampe giờ).

Ví dụ: Một ắc quy có chứa thông số 10 Ah có nghĩa là nó có khả năng cung cấp được dòng điện 1 A trong vòng 10 giờ, hoặc cung cấp một dòng điện 5 A trong vòng 2 giờ, hoặc cung cấp được dòng điện 10 A trong vòng 1 giờ..... Hiện nay, pin sạc dự phòng đang được sử dụng vô cùng phổ biến để có thể nạp điện cho những thiết bị điện như điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng. Xem xét một pin sạc dự phòng với thông số 15 000 mAh đã tích được đầy điện, khi nó kết nối với một thiết bị di động sẽ hoạt động với công suất 10 W và hiệu điện thế ở hai cực của pin là 5 V. Tính điện lượng còn lại có trong pin sạc dự phòng khi sử dụng nó để sạc thiết bị phía trên trong vòng 30 phút.

Lời giải:

Pin sạc dự phòng với thông số là 15 000 mAh đã tích được đầy điện và hiệu điện thế ở hai cực trong pin là 5 V nên tổng năng lượng trong pin là:

15000 . 5 = 75 000 mWh = 75 Wh.

Mà thiết bị với công suất 10 W và được sạc trong vòng 30 phút là 0,5 h nên lượng điện năng mà pin cung cấp cho thiết bị bằng 10 . 0,5 = 5 Wh.

Lượng điện năng còn lại ở trong pin bằng: 75 – 5 = 70 Wh.

Cán đích điểm 9+ môn Vật lý ngay nếu bạn sở hữu cuốn sách tổng hợp kiến thức đầy thú vị của vuihoc!

Bài 6: Trên hoá đơn GTGT (hay hoá đơn tiền điện), tiền điện sẽ được tính lũy tiến (nghĩa là càng sử dụng nhiều điện thì đơn giá của 1 kWh điện cũng càng tăng). Theo em, cách tính như vậy nhằm vào những mục đích gì? Vì sao?

Lời giải:

- Cách tính như thế nhằm mục đích chính là để khuyến khích người dân sử dụng điện năng một cách tiết kiệm và có hiệu quả.

- Nguyên nhân là vì nguồn tài nguyên ngày một cạn kiệt, nguồn năng lượng tái tạo thì chưa được khai thác tối đa, nguồn năng lượng không tái tạo thì cạn dần, dẫn tới ngành sản xuất điện ngày càng chịu sự khan hiếm về nguồn nguyên liệu đầu vào. Do vậy người ta sẽ tăng giá điện nhằm con người biết sử dụng điện một cách hợp lí và tiết kiệm hơn.

Bài 7: Cho những thông tin về bóng đèn sợi đốt cùng với bóng đèn LED có độ sáng như nhau dưới đây:

Giả sử trung bình mỗi bóng đèn được sử dụng trong vòng 5 h/ngày, em hãy tính ra số tiền điện phải trả cho từng bóng đèn trong một tháng và trong 30 000 h, từ đấy lập luận để so sánh về hiệu quả kinh tế lúc sử dụng hai loại bóng đèn phía trên.

Lời giải:

a. Trường hợp khi sử dụng bóng đèn sợi đốt:

- Tính trong một tháng, khi thời gian hoạt động của một bóng đèn là 1000 h mà chỉ sử dụng tới bóng đèn 5h/ ngày nên trong vòng 1 tháng (chỉ sử dụng khoảng 150 h < 1 000 h) vẫn chưa cần phải thay bóng đèn mới.

+ Số bóng đèn sử dụng trong vòng 1 tháng là 1 bóng. Số tiền để mua 1 bóng đèn là 8000 đồng.

+ Điện năng tiêu thụ trong vòng 1 tháng là:

$\large A=P.t=100.5.30=15kW.h$

+ Giá tiền điện cần phải trả trong vòng 1 tháng là: 15 . 2 000 = 30 000 đồng

⇒ Tổng số tiền cần phải trả trong một tháng khi sử dụng bóng đèn sợi đốt là:

30 000 + 8 000 = 38 000 đồng.

- Còn khi sử dụng trong vòng 30 000 h thì số bóng đèn cần phải sử dụng là: 30 000 : 1000 = 30 bóng

+ Số tiền cần phải mua bóng đèn là: 30 . 8 000 = 240 000 đồng

+ Điện năng tiêu thụ trong vòng 30 000 h bằng:

$\large A=P.t=100.30000=3000kW.h$

+ Giá tiền điện cần phải trả trong vòng 30 000 h là: 3 000 . 2 000 = 6 000 000 đồng

⇒ Tổng số tiền cần phải trả cho 30 000 h sử dụng bóng đèn sợi đốt chính là:

6 000 000 + 240 000 = 6 240 000 đồng.

b. Trường hợp sử dụng bóng đèn LED:

- Tính trong vòng một tháng, với thời gian hoạt động của một bóng đèn là 30 000 h mà chỉ sử dụng bóng đèn trong vòng 5h/ ngày nên trong thời gian 1 tháng hay trong 30000 h (chỉ sử dụng 150 h < 1000 h) vẫn chưa cần phải thay bóng đèn mới.

+ Số bóng sử dụng trong vòng 1 tháng là 1 bóng. Tiền mua 1 bóng đèn LED là 48 000 đồng.

+ Điện năng tiêu thụ trong 1 tháng được tính bằng:

$\large A=P.t=20.5.30=3kW.h$

+ Giá tiền điện cần phải trả trong vòng 1 tháng: 3 . 2 000 = 6 000 đồng

⇒ Tổng số tiền cần phải trả trong vòng một tháng sử dụng bóng đèn LED là:

6 000 + 48 000 = 54 000 đồng.

- Khi sử dụng trong thời gian 30 000 h thì số bóng đèn cần phải sử dụng là 1 bóng

+ Số tiền cần phải mua bóng đèn là: 48 000 đồng

+ Điện năng tiêu thụ trong vòng 30 000 h là:

$\large A=P.t=20.30000=600kW.h$

+ Giá tiền điện cần phải trả trong vòng 30 000 h là: 600 . 2 000 = 1 200 000 đồng

⇒ Tổng số tiền cần phải trả khi sử dụng 30 000 h bóng đèn LED bằng:

1 200 000 + 48 000 = 1 248 000 đồng.

So về mặt hiệu quả kinh tế và độ bền thì chúng ta nên sử dụng bóng đèn LED hơn là bóng đèn sợi đốt.

Bài 8: Trên nhãn của bóng đèn 1 có thông tin ghi 220 V – 20 W và bóng đèn 2 có thông tin ghi 220 V – 10 W. Coi như điện trở của mỗi bóng đèn là không thay đổi.

a) Tính năng lượng điện tiêu thụ của mỗi bóng đèn đến khi sử dụng với hiệu điện thế 200 V trong một khoảng thời gian 2 giờ.

b) Tính tổng công suất điện tiêu thụ của cả hai bóng đèn với mỗi trường hợp dưới đây:

- Hai bóng đèn mắc song song vào hiệu điện thế 220 V.

- Hai bóng đèn mắc nối tiếp vào hiệu điện thế 220 V.

c) Dùng cách mắc nào nêu phía trên để cả hai bóng đèn đều có thể sáng bình thường? Vì sao?

Lời giải:

Bóng đèn 1: Uđm = 220 V, Pđm = 20 W, Iđm = PU = 111AR1 = 2420

Bóng đèn 2: Uđm = 220 V, Pđm = 10 W, Iđm = PU = 122AR1 = 4840

a) Năng lượng điện tiêu thụ của bóng đèn 1 được tính như sau:

$\large A_{1}=\frac{U^{2}}{R_{1}}t=\frac{200^{2}}{2420}.2.3600\approx 119008,3J$

Năng lượng điện tiêu thụ của bóng đèn 2 được tính như sau:

$\large A_{2}=\frac{U^{2}}{R_{2}}t=\frac{200^{2}}{4840}.2.3600\approx 59504,1J$

- Trường hợp 1: Hai bóng đèn mắc song song vào hiệu điện thế 220 V.

Khi đấy hiệu điện thế qua mỗi bóng đèn chính bằng hiệu điện thế định mức của từng bóng đèn.

Tổng công suất tiêu thụ của cả 2 chiếc bóng đèn là: 20 + 10 = 30 W.

- Trường hợp 2: Hai bóng đèn mắc nối tiếp vào hiệu điện thế 220 V

Điện trở tương đương trong mạch là:

$\large R_{nt}=R_{1}+R_{2}=7260\Omega$

Cường độ dòng điện chạy qua mỗi bóng đèn là:

$\large I_{1}=I_{2}=I=\frac{U}{R_{nt}}=\frac{220}{7260}=\frac{1}{33}A$

Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1 được tính là:

$\large P_{1}=U.I_{1}=220.\frac{1}{33}=\frac{20}{3}W <P_{dm}=20W$

Công suất tiêu thụ của bóng đèn 2 được tính là:

$\large P_{2}=U.I_{2}=220.\frac{1}{33}=\frac{20}{3}W > P_{dm}=10W$

Tổng công suất tiêu thụ của cả 2 bóng đèn là:

$\large \frac{20}{3}+\frac{20}{3}=\frac{40}{3}W$

c) Sử dụng cách mắc song song 2 bóng đèn để đèn có thể sáng được bình thường do khi đó bóng đèn sẽ được hoạt động đúng với công suất định mức.

Bài 9: Ước tính về số tiền điện trung bình mỗi tháng cần phải trả cho những dụng cụ và thiết bị điện sử dụng trong nhà và những biện pháp để tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ.

Lời giải:

- Giả sử: ước tính về số tiền điện trung bình mỗi tháng cần phải trả cho những dụng cụ và thiết bị điện sử dụng trong nhà em là khoảng 1 000 000 đồng.

- Những biện pháp nhằm tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ:

+ Tắt và rút khỏi nguồn những thiết bị điện khi không cần sử dụng

+ Vệ sinh và bảo dưỡng những thiết bị điện định kỳ.

+ Chọn những thiết bị chính hãng và tiết kiệm điện

Bài 10: Mắc hai cực của một nguồn điện không đổi vào với hai đầu của biến trở R. Điều chỉnh R, người ta có thể thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện đi qua biến trở vào giá trị biến trở như hình dưới đây. Hãy xác định suất điện động cùng với điện trở trong của nguồn điện.

Lời giải:

Ta có biểu thức như sau:

$\large I=\frac{E}{R+r}$

Khi R = 2 thì I = 2,5 A cho nên:

$\large 2,5=\frac{E}{2+r}(1)$

Khi R = 8 thì I = 1 A cho nên:

$\large 1=\frac{E}{2+r}(2)$

Từ (1) và (2) ta có: E = 10 V và r = 2

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Trên đây là những kiến thức liên quan đến năng lượng điện, công suất điện với đầy đủ khái niệm, công thức tính toán và bộ bài tập có đáp án. Hy vọng khi các em tham khảo bài viết này thì có thể nâng cao hiểu biết và áp dụng được vào những bài tập cụ thể. Nếu có bất cứ thắc mắc gì về kiến thức Vật lý 11 và cả các môn học khác, các em hãy truy cập ngay vào trang web Vuihoc.vn để đăng ký khoá học và được giải đáp thắc mắc từ các thầy cô giáo của VUIHOC nhé!

>> Mời bạn tham khảo thêm: