[VL9] Bài 16, 17: ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT

Bài 16, 17: ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. 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 dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua

16-17.1 Định luật Jun – Lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành:

A. Cơ năng.                             B. Năng lượng ánh sáng.

C. Hóa năng                            D. Nhiệt năng

Đáp án: D

Giải thích

16-17.2 Câu phát biểu nào dưới đây là không đúng?

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:

A. tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua.

B. tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.

C. tỉ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với điện trở dây dẫn.

D. tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.

Đáp án: A

16-17.3 Cho hai điện trở R₁ và R₂. Hãy chứng minh rằng:

a. Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm R₁ và R₂ mắc nối tiếp thì nhiệt lượng tỏa ra ở mỗi điện trở này tỉ lệ thuận với các điện trở đó: Q₁/Q₂=R₁/R₂.

b. Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm R₁ và R₂ mắc song song thì nhiệt lượng tỏa ra ở mỗi điện trở này tỉ lệ nghịch với các điện trở đó: Q₁/Q₂=R₂/R₁.

Đáp án:

a. R₁ và R₂ mắc nối tiếp nên dòng điện chạy qua chúng có cùng cường độ I. Kí hiệu nhiệt lượng tỏa ra ở các điện trở này tương ứng là Q₁ và Q₂.

Ta có: I²t = Q₁/R₁= Q₂/R₂. Suy ra: Q₁/Q₂ = R₁/R₂.

b. R₁ và R₂ mắc song song với nhau nên hiệu điện thế U giữa hai đầu của chúng là như nhau. Kí hiệu Q₁ và Q₂ tương tự như trên, ta có U²t = Q₁R₁ = Q₂R₂. Suy ra: Q₁/Q₂ = R₂/R₁.

Giải thích

16-17.4 Một đoạn mạch gồm hai dây dẫn mắc nối tiếp, một dây bằng nikêlin dài 1m có tiết diện 1mm² và dây kia bằng sắt dài 2m có tiết diện 0,5mm². Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch này trong cùng một thời gian thì dây nào tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn?Vì sao? Biết điện trở suất của nikêlin là 0,40.10^-6Ω.m và điện trở suất của sắt là12,0.10^-8Ω.m

Đáp án: Dây sắt tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn. Ta có:

+ Điện trở của dây Nikêlin là: R₁ = ρ₁l₁/S₁ = 0,40.10^-6Ω(1/10^-6) = 0,4 Ω

+ Điện trở của dây sắt là: R₂ = ρ₂l₂/S₂ = 12.10^-8Ω(2/0,5.10^-6) = 0,48 Ω

Vì hai dây dẫn này mắc nối tiếp với nhau và R₂>R₁ nên khi áp dụng kết quả phần a của bài 16 -17.3 trên đây ta có Q₂>Q₁.

16-17.5 Một dây dẫn có điện trở 176Ω được mắc vào hiệu điện thế 220V. Tính nhiệt lượng do dây tỏa ra trong 30 phút theo đơn vị Jun và đơn vị calo.

Đáp án: Q = U²t/R = 220².30.60/176 = 495 000 J = 118 800 cal.

16-17.6 Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua bếp điện có cường độ 3A. Dùng bếp này đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 20⁰ trong thời gian 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết nhiệt dung riêng của nước là c=4200J/kg.K

Đáp án: Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là:

Q_tp = UIt = 220.3.20.60 = 792 000 J.

+ Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước này là:

Q₁ = cm(t₂⁰ – t₁⁰) = 4 200.2.80 = 672 000 J.

+ Hiệu suất của bếp là:

H = Q_i/Q_tp= 672/792 = 0,848 = 84,8 %

16-17.7 Đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu của một biến trở R thì cường độ dòng điện chạy qua là I. Công thức nào dưới đây không phải là công thức tính nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn trong thời gian t?

A. Q=Ut/I             B. Q=UIt              C. Q=U²t/R          D. Q=I²Rt

Đáp án: A

16-17.8 Mắc các dây dẫn vào hiệu điện thế không đổi. Trong cùng một thời gian thì nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn phụ thuộc như thế nào vào điện trở dây dẫn?

A. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp đôi.

B. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.

C. Tăng gấp bốn khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.

D. Giảm đi một nửa khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp bốn.

Đáp án: B

16-17.9 Nếu đồng thời giảm điện trở của dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn đi một nửa thì nhiệt lượng toả ra trên dây sẽ thay đổi như thế nào?

A. Giảm đi 2 lần.

B. Giảm đi 4 lần.

C. Giảm đi 8 lần.

D. Giảm đi 16 lần.

Đáp án: D

Giải thích

16-17.10 Dòng điện có cường độ 2mA chạy qua một điện trở 3kΩ trong thời gian 10 phút thì nhiệt lượng toả ra ở điện trở này có giá trị nào dưới đây?

A. Q=7,2J            B. Q=60J              C. Q=120J            D. Q=3600J

Đáp án: A

Giải thích

16-17.11 Thời gian đun sôi 1,5 lít nước của một ấm điện là 10 phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220V. Tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước thì cần nhiệt lượng là 420000J.

Giải

+ Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 1,5 lít nước là: 420000.1.5=630000J

+ Theo công thức tính nhiệt lượng tỏa ra của ấm ta có:

Q=I²Rt  hay Q=(U²/R)t, suy ra: R=(U².t)/Q=(220².10.60)/630000=46.1Ω

Đáp án: R=46,1Ω

Giải thích

16-17.12 Khi mắc một bàn là vào hiệu điện thế 110V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ 5A. Bàn là này sử dụng như vậy trung bình 15 phút mỗi ngày.

a. Tính công suất tiêu thụ điện của bàn là này theo đơn vị W.

b. Tính điện năng mà bàn là tiêu thụ trong 30 ngày theo đơn vị kW.h

c. Tính nhiệt lượng mà bàn là tỏa ra trong 30 ngày theo đơn vị kJ, cho rằng điện mà bàn là này tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng.

Giải

a. Công suất tiêu thụ điện của Bàn là: P=U.I=110.5=550W=0,55kW.

b. Điện năng tiêu thụ của Bàn là trong 30 ngày là: A=P.t.30=0,55.0,25.30=4,125kWh

c. Nhiệt lượng mà Bàn là tỏa ra trong 30 ngày là: Q=A=4,125kW.h=14850KJ

Đáp án:

a. P=550W.

b. A=4,125kW.h

c. Q=14850kJ.

16-17.13 Một bình nóng lạnh có ghi 220V-1100W được sử dụng với hiệu điện thế 220V.

a. Tính cường độ dòng điện chạy qua bình khi đó.

b. Tính thời gian để bình đun sôi 10 lít nước từ nhiệt độ 20⁰C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ.

c. Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bình như trên trong 30 ngày, biết rằng thời gian sử dụng trung bình mỗi ngày là 1 giờ và giá tiền điện là 1000đ/kW.h

Đáp án:

a. I=5A.

b. t=3054,5s≈50 phút 55 giây.

c. T=33000đ.

Giải thích

16-17.14 Trong mùa đông, một lò sưởi điện có ghi 220V-880W được sử dụng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ mỗi ngày.

a. Tính điện trở của dây nung lò sưởi và cường độ dòng điện chạy qua nó khi đó.

b. Tính nhiệt lượng mà lò sưởi này tỏa ra trong mỗi ngày theo đơn vị kJ.

c. Tính tiền điện phải trả cho việc dùng lò sưởi như trên trong suốt mùa đông, tổng cộng là 30 ngày.Cho rằng giá tiền điện là 1000đ/kW.h

Giải

a. Điện trở của dây nung lò sưởi là:

Ta có: P=U²/R, suy ra: R=U²/P=220²/880=55Ω.

Ta có : P=U.I, suy ra : I=P/U=880/220=4A

b. Nhiệt lượng của lò sưởi tỏa ra mỗi ngày là:

Q=I²Rt=4².55.4.3600=12672000J=12672KJ

c. Điện năng mà lò sưởi sử dụng trong 30 ngày là:

A=P.t=880.4.30=105600 Wh=105,600 kW.h

Tiền điện phải trả trong 30 ngày là

T=105,600.100=105600 đồng

Đáp án:

a. R=55Ω

b. Q=12672kJ.

c. T=105600đ.