[VL9] Bài 14: BÀI TẬP VỀ CÔNG SUẤT ĐIỆN VÀ ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG

Bài 14: BÀI TẬP VỀ CÔNG SUẤT ĐIỆN VÀ ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG

14.1 Điện năng không thể biến đổi thành:

A. Cơ năng           B. Nhiệt năng                 C. Hóa năng                   D. Năng lượng nguyên tử.

Đáp án: D

Giải thích

14.2 Công suất điện cho biết:

A. Khả năng thực hiện công của dòng điện.

B. Năng lượng của dòng điện.

C. Lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.

D. Mức độ mạnh, yếu của dòng điện.

  

Đáp án: C

14.3 Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V-100W.

a. Tính điện năng sử dụng trong 30 ngày khi thắp sáng bình thường bóng đèn này mỗi ngày 4 giờ.

b. Mắc nối tiếp 2 bóng đèn cùng loại trên đây vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất của đoạn mạch nối tiếp này và tính công suất của mỗi bóng đèn khi đó.

c. Mắc nối tiếp bóng đèn trên đây với một bóng đèn dây tóc khác có ghi 220V-75W vào hiệu điện thế 220V. Hỏi các bóng đèn này có thể bị hỏng không? Nếu không, hãy tính công suất của đoạn mạch này và công suất của mỗi đèn.

Cho rằng điện trở của các bóng đèn trong trường hợp b và c trên đây có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

Hướng dẫn giải:

a. Bạn tính điện năng theo công thức A=P.t=100.4.30.3600=43,2.10⁶J.

b.

+ Do hai đèn giống nhau mắc nối nên ta có R₁=R₂=U₂²/P₂=484Ω

+ Tiếp theo Bạn tính điện trở tương đương của đoạn mạch theo công thức R_tđ= R₁+R₂

+ Sau đó Bạn tính công suất của toàn mạch theo công thức P=U²/R_tđ

+ Do hai đèn giống nhau nên P=P₁+P₂=2P₁. Từ đây suy ra giá trị P₁ và P₂

c.

+ Mắc nối tiếp hai đèn loại 220 V – 100 W và 220 V – 75 W vào hiệu điện thế 220 V. Điện trở của đèn thứ nhất là R₁ = 484 Ω và của đèn thứ hai là R₂ = 645,3 Ω. Từ đó suy ra cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là I = 0,195 A và hiệu điện thế đặt lên hai đèn tương ứng là U₁ = 94,4 V và U₂ = 125,8 V.

Vậy các hiệu điện thế này điều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của mỗi đèn là 220 V nên các đèn không bị hỏng.

+ Công suất của đoạn mạch là P_đm =U.I= 42,9 W

+ Công suất của đèn thứ nhất là P₁ = U₁.I₁ =  18,4 W

+ Công suất của đèn thứ hai là P₂ = U₂.I₂ =  24,5 W

Đáp án:

a. A = 12 kW.h = 4,32.10^-7 J

b. Công suất của đoạn mạch nối tiếp là P_đm = 50 W. Công suất của mỗi bóng đèn: P_đ = 25 W.

c. Mắc nối tiếp hai đèn loại 220 V – 100 W và 220 V – 75 W vào hiệu điện thế 220 V. Điện trở của đèn thứ nhất là R₁ = 484 Ω và của đèn thứ hai là R₂ = 645,3 Ω. Từ đó suy ra cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là I = 0,195 A và hiệu điện thế đặt lên hai đèn tương ứng là U₁ = 94,4 V và U₂ = 125,8 V.

Vậy các hiệu điện thế này điều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của mỗi đèn là 220 V nên các đèn không bị hỏng.

Công suất của đoạn mạch là P_đm = 42,9 W

Công suất của đèn thứ nhất là P₁ = 18,4 W

Công suất của đèn thứ hai là P₂ = 24,5 W

Giải thích

14.4 Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V-100W và trên một bóng đèn dây tóc khác có ghi 220V-40W.

a. So sánh điện trở của hai bóng đèn khi chúng sáng bình thường.

b. Mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ.  Cho rằng điện trở của các bóng đèn có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

c. Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ.

Giải

a. Kí hiệu điện trở của đèn 100 W của đèn loại 40 W khi sáng bình thường tương ứng là R₁, R₂ . Ta có R₁ =U₁²/P₁= 484 Ω và R₂ = U₂²/P₂= 1210 Ω. Do đó, R₂/R₁ = 2,5. (Cách khác, ta có R₂/R₁ = P₁/P₂ = 2,5). Nghĩa là điện trở R₂ bằng 2,5 lần R₁.

b. Khi mắc nối tiếp hai đèn này vào hiệu điện thế 220 V, dòng điện chạy qua đèn có cùng cường độ I. Đèn loại 40 W có điện trở R₂ lớn hơn nên có công suất P₂ = I²R₂ lớn hơn (P₂ = 20,4 W; P₁ = 8,2 W).

+ Cường độ dòng điện định mức của đèn 1 là:

I_1đm=P_1đm/U_1đm=100/220 ≈ 0,45A

+ Cường độ dòng điện định mức của đèn 2 là:

I_2đm=P_2đm/U_2đm=40/220 ≈ 0,18A

+ Cường độ dòng điện thực tế chạy qua hai đèn khi mắc nối tiếp hai đèn là:

I=U/R_tđ=220/(484+1210) ≈ 0,13A

+ Qua kết quả tính toán ta so sánh và biết được cả hai đèn thì dòng điện qua chưa đến giá trị định mức vì vậy cả hai đèn đều sáng mờ. Nhưng đèn 2 sẽ sang hơn đèn 1.

+ Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch trong 1 giờ là:

A = U.I.t=220.0,13.3600=102960 J =0,0286kW.h

c. Khi mắc song song hai đèn vào hiệu điện thế 220 V thì đèn 1 sáng hơn đèn 2 vì đèn 1 có công suất định mức lớn hơn nên sáng hơn. Điện năng mà mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ là A = (P₁+P₂).t=(100+40).3600= 504 000 J

Đáp án:

a. R₂/R₁ = 2,5. (Cách khác, ta có R₂/R₁ = P₁/P₂ = 2,5).

b. Đèn 2 sáng hơn đèn 1

A = 237600 J

c. Đèn 1 sáng hơn. A = 504 000 J

Giải thích

14.5 Trên một bàn là có ghi 110V-550V và trên một bóng đèn dây tóc có ghi 110V-40W.

a. Tính điện trở của bàn là và của bóng đèn khi chúng hoạt động bình thường.

b. Có thể mắc nối tiếp bàn là và bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V được không? Vì sao? Cho rằng điện trở của bàn là và của bóng đèn có giá trị như đã tính ở câu a.

c. Có thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này vào hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu để chúng không bị hỏng? Tính công suất của mỗi dụng cụ khi đó.

Đáp án:

a. Kí hiệu điện trở của bàn là và của đèn khi hoạt động bình thường tương ứng là R₁, R₂. Ta có R₁= 22 Ω và  R₂ = 302,5 Ω.

b. Khi mắc nối tiếp bàn là và đèn vào hiệu điện thê 220 V, dòng điện chạy qua chúng có cuờng độ là I = 0,678 A và hiệu điện thế đặt vào bàn là và đèn tương ứng là U₁ = 14,9 V; U₂ = 205,1 V lớn hơn hiệu điện thế định mức là 110 V nên đèn sẽ bị hỏng. Do đó không thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này hiệu điện thế 220V.

c. Cường độ dòng điện định mức của bàn là và của đèn tương ứng là I₁ = 5 A và I₂ = 0,364 A. Khi mắc nối tiếp hai dụng cụ điện này thì dòng điện chạy qua chúng có cùng cường độ và chỉ có thể lớn nhất là I_max = I₂ = 0,364 A, vì nếu lớn hơn thì bóng đèn sẽ bị hỏng. Vậy có thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này vào hiệu điện thế lớn nhất là:

U_max = I_max(R₁ + R₂) = 118 V. Công suất của bàn là khi đó là: P₁ = 2,91 W. Công suất của đèn khi đó là P₂ = 40 W.

Giải thích

14.6 Một quạt điện dùng trên xe ôtô có ghi 12V-15W.

a. Cần phải mắc quạt vào hiệu điện thế là bao nhiêu để nó chạy bình thường? Tính cường độ dòng điện chạy qua quạt khi đó.

b. Tính điện năng mà quạt sử dụng trong một giờ khi chạy bình thường.

c. Khi quạt chạy, điện năng được biến đổi thành các dạng năng lượng nào? Cho rằng hiệu suất của quạt là 85%, Tính điện trở của quạt.

Đáp án:

a. Phải mắc quạt vào hiệu điện thế định mức là U = 12 V. Cường độ dòng điện chạy qua quạt khi đó là I = 1,25 A.

b. Điện năng mà quạt tiêu thụ trong 1 giờ là A = 54 000 J = 0,015 kW.h

c. Điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng. Phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng trong 1 giây là :

P_nh = P(1 – H) = 15.0,15 = 2,25 J. Vậy điện trở của quạt là: R = P_nh/I² = 1,44 Ω

Giải thích

14.7 Một bàn là được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì tiêu thụ một lượng điện năng là 990kJ trong 15 phút.

a. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây nung của bàn là khi đó.

b. Tính điện trở của dây nung này khi đó

Đáp án:

a. I=5A

b. R=44Ω

Giải thích

14.8 Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế U=220V thì dòng điện chạy qua dây nung của bếp có cường độ I=6,8A.

a. Tính công suất của bếp điện khi đó.

b. Mỗi ngày bếp được sử dụng như trên trong 45 phút.Tính phần điện năng có ích A₁ mà bếp cung cấp trong 30 ngày, biết rằng hiệu suất của bếp là H=80%.

Đáp án:

a. P=1496W.

b.A_i=96940800J=96940,8kJ=26,928kW.h

Giải thích

14.9 Hai điện trở R₁=12Ω và R₂=36Ω được mắc song song vào hiệu điện thế U thì công suất tương ứng là P_1s và P_2s . Khi mắc nối tiếp hai điện trở này cùng vào hiệu điện thế U như trên thì công suất của mỗi điện trở tương ứng là P_1n và P_2n.

a. Hãy so sánh P_1s và P_2s và P_1n và P_2n.

b. Hãy so sánh P_1s và P_1n và P_2s và P_2n.

c. Hãy so sánh công suất tổng cộng P_s khi mắc song song với công suất tổng cộng P_n khi mắc nối tiếp hai điện trở như đã nêu trên đây.

Đáp án:

a. P_1s =3P_2s và P_2n =3 P_1n.

b. P_1s =16 P_1n và P_2s =16/9 P_2n.

c. P_s=16/3P_n.

Giải thích

14.10 Cho hai bóng đèn dây tóc có ghi số 6V-3W và 6V-2W.

a. Tính điện trở của dây tóc mỗi bóng đèn này khi chúng sáng bình thường.

b. Cho biết vì sao khi mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào hiệu điện thế U=12V thì chúng không sáng bình thường.

c. Lập luận để chứng tỏ rằng có thể mắc hai bóng đèn này cùng với một biến trở vào hiệu điện thế U nêu trên để chúng sáng bình thường. Vẽ sơ đồ mạch điện này.

d. Tính điện trở của biến trở khi đó và điện năng mà nó tiêu thụ trong 30 phút.

Giải bài 14.10

a.

+ Điện trở của đèn 1 là R₁=U²₁/P₁=6²/3=12Ω

+ Điện trở của đèn 2 là R₂=U²₂/P₂=6²/2=18Ω

b. Nếu mắc nối tiếp hai đèn thì ta phải các giá trị như sau:

+ Điện trở tương đương của đoạn mạch là R_tđ= R₁+ R₂=12+18=30Ω

+ Cường độ dòng điện chạy trong mạch là: I=U/ R_tđ=12/30=0,4A

+ Hiệu điện thế sử dụng thực tế của đèn 1 là U₁=I R₁=0,4.12=4,8V

+ Hiệu điện thế sử dụng thực tế của đèn 2 là U₂=I R₂=0,4.18=7,2V

Nếu mắc nối tiếp hai đèn này với nhau đèn 1 sẽ sáng yếu và đèn 2 thì sẽ quá sáng so với bình thường (có thể sẽ bị đứt bóng).

c. Để hai đèn sáng bình thường thì ta phải mắc thêm một biến trở vào mạch. Trong trường hợp này hai đèn mắc song song với và nối tiếp với biến trở và hiệu điện thế ở biến trở U_b=12-6=6V, như hình sau:

d.

+ Cường độ dòng điện chạy qua đèn 1 là I₁=P₁/U₁=3/6=0,5A.

+ Cường độ dòng điện chạy qua đèn 1 là I₂=P₂/U₂=2/6=0,33A.

+ Cường độ dòng điện trong mạch là I=I_b= I₁+ I₂=0,5+0,33=0,83A

+ Điện trở của biến trở là R_b=U_b/I_b=6/0,83=7.2Ω

+ Điện năng sử dụng của biến trở trong 30 phút là: A_b=U_bI_bt=6.0,83.30.60=8964J

Đáp án:

a. R_Đ1=12Ω; R_Đ2=18Ω.

b. Các bạn tự làm nhé!

c. 

d. R_b=7,2Ω; A_btrở=8964J

Giải thích