Điện năng – Công của dòng điện chi tiết Vật Lý 9

Mời các em học sinh cùng quý thầy cô, quý phụ huynh tham khảo bài viết giới thiệu, hướng dẫn về chuyên đề Điện năng – Công của dòng điện được tổng hợp và biên soạn trực tiếp bởi HOCMAI. Tài liệu bao gồm phần lý thuyết, phần giải bài tập chi tiết trong SGK và phần câu hỏi trắc nghiệm và tự luận liên quan đến chuyên đề này. 

 

Bài viết tham khảo thêm:

• Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật
• Bài tập vận dụng định luật Ôm và công thức tính điện trở của dây dẫn
• Công suất điện

 

A. Lý thuyết Điện năng – Công của dòng điện

I. Điện năng

1. Khái niệm điện năng

Dòng điện có mang năng lượng bởi vì nó có thể thực hiện công, cũng như là có thể làm thay đổi nhiệt năng của một vật. Năng lượng của dòng điện được gọi là điện năng.

2. Sự chuyển hóa điện năng thành các dạng năng lượng khác

Điện năng có thể chuyển hóa được thành các dạng năng lượng khác như: Cơ năng,  nhiệt năng, năng lượng từ, quang năng, hóa năng,…

Ví dụ:

– Bóng đèn dây tóc: Điện năng biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.

– Đèn LED: Điện năng biến đổi thành nhiệt năng và quang năng.

– Bàn là, nồi cơm điện: Điện năng biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.

– Máy bơm nước, quạt điện: Điện năng biến đổi thành nhiệt năng và cơ năng.

3. Hiệu suất sử dụng điện

– Tỷ số giữa toàn bộ điện năng tiêu thụ và phần năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng được gọi là hiệu suất sử dụng điện năng.

– Công thức:

Trong đó:

• H là hiệu suất sử dụng điện
• A1 là năng lượng có ích đã được chuyển hóa từ điện năng (J)
• A là điện năng tiêu thụ (J)

Năng lượng có ích + Năng lượng hao phí (vô ích) = Năng lượng toàn phần

II. Công dòng điện

Công dòng điện sinh ra ở trong một đoạn mạch, là số đo lượng điện năng được chuyển hóa thành những dạng năng lượng khác ở đoạn mạch đó.

– Công thức: 

A = Pt = UIt

Trong đó:

• A | công dòng điện (J)
• P | công suất điện (W)
• t | thời gian (s)
• U | hiệu điện thế (V)
• I | cường độ dòng điện (A)

– Đơn vị của công: J (Jun) hoặc kWh (kilooát giờ)

– Ngoài ra công dòng điện còn được tính bởi công thức: 

hoặc:

 

B. Giải bài tập Điện năng – Công của dòng điện SGK Vật lí 9

Câu C1 | Trang 37 SGK Vật Lý 9

Quan sát hình 13.1 SGK và cho biết:

• Dòng điện thực hiện công cơ học ở trong hoạt động của các thiết bị điện và dụng cụ nào?
• Dòng điện cung cấp nhiệt lượng ở trong hoạt động của các thiết bị điện và dụng cụ nào?

Gợi ý đáp án

• Dòng điện thực hiện công cơ học ở trong hoạt động của các thiết bị điện và dụng cụ: Máy khoan và máy bơm nước.
• Dòng điện cung cấp nhiệt lượng ở trong hoạt động của các thiết bị điện và dụng cụ: Nồi cơm điện, mỏ hàn và bàn là.

Câu C2 | Trang 37 SGK Vật Lý 9

Các dụng cụ điện lúc hoạt động đều sẽ biến đổi điện năng trở thành các dạng năng lượng khác. Hãy chỉ ra các dạng năng lượng đã được biến đổi từ điện năng trong hoạt động của từng dụng cụ điện ở bảng 1.

Gợi ý đáp án

Dụng cụ điện	Điện năng được biến đổi thành dạng năng lương nào?
Bóng đèn dây tóc	Năng lượng ánh sáng và nhiệt năng
Đèn LED	Nhiệt năng và năng lượng ánh sáng
Nồi cơm điện, bàn là	Năng lượng ánh sáng và nhiệt năng
Quạt điện, máy bơm, nước	Nhiệt năng và cơ năng.

 

Câu C3 | Trang 38 SGK Vật Lý 9

Hãy chỉ ra trong hoạt động của từng dụng cụ điện ở bảng 1, phần năng lượng nào đã được biến đổi từ điện năng là có ích hoặc vô ích.

Gợi ý đáp án

– Với đèn LED và bóng đèn dây tóc thì: 

• Năng lượng ánh sáng là phần năng lượng có ích 
• Nhiệt năng là phần năng lượng vô ích.

– Đối với bàn là và nồi cơm điện thì:

• Nhiệt năng là phần năng lượng có ích 
• Năng lượng ánh sáng là phần năng lượng vô ích.

– Đối với máy bơm nước và quạt điện thì: 

• Cơ năng là phần năng lượng có ích 
• Nhiệt năng là phần năng lượng vô ích.

Câu C4 | Trang 38 SGK Vật Lý 9

Từ kiến thức đã học ở Vật lý lớp 8, hãy cho biết mối liên hệ giữa công suất P và công A.

Gợi ý đáp án

Công suất P là đặc trưng cho tốc độ thực hiện công và nó có trị số bằng công thực hiện được ở trong một đơn vị thời gian:

Trong đó: A là công thực hiện được ở trong khoảng thời gian t.

Câu C5 | Trang 38 SGK Vật Lý 9

Xét đoạn mạch được đặt vào một hiệu điện thế U, dòng điện chạy qua nó có cường độ là I và P là công suất điện của đoạn mạch này. Hãy chứng tỏ rằng, công của dòng điện sản xuất ra ở đoạn mạch này, hay điện năng tiêu thụ của đoạn mạch này sẽ được tính bằng công thức: 

A = Pt = UIt

Gợi ý đáp án

Từ P = A/t ⇒  A = P.t 

Mặt khác: P = UI, vậy nên A = UIt.

Trong đó:

• U được đo bằng vôn (V),
• I được đo bằng ampe (A)
• t được đo bằng giây (s)
• Công A được đo bằng jun (J)

Câu C6 | Trang 39 SGK Vật Lý 9

Từ bảng 2 trong SGK, hãy cho biết từng số đếm của công tơ (số chỉ của công tơ tăng thêm một đơn vị) tương ứng với lượng điện năng đã tiêu thụ là bao nhiêu?

Gợi ý đáp án

Mỗi số đếm của công tơ sẽ ứng với lượng điện năng đã dùng là:

A = lkWh = 1000W.1h = 1000W.3600s = 3600000J = 3,6.106J

Câu C7 | Trang 39 SGK Vật Lý 9

Một bóng đèn có ghi là 220V – 75W được chiếu sáng liên tục với hiệu điện thế là 220V trong thời gian 4 giờ. Tính lượng điện năng bóng đèn này đã sử dụng và số đếm của công tơ ở trong trường hợp này.

Gợi ý đáp án

Vì bóng đèn này được sử dụng với hiệu điện thế 220V – Đúng bằng hiệu điện thế định mức vậy nên công suất đèn tiêu thụ cũng bằng với công suất định mức. Lượng điện năng bóng đèn này đã sử dụng là: 

A = P.t = 75.4.3600 = 10800000 (J)

Hoặc em có thể tính theo đơn vị là kW.h, khi đó: 

A = Pt = 0,075.4 = 0,3 kWh. 

Vậy số đếm của công tơ ở trong trường hợp này là 0,3 số.

Câu C8 | Trang 39 SGK Vật Lý 9

Một bếp điện đã hoạt động liên tục trong thời gian 2 giờ ở hiệu điện thế là 220V. Khi đó số chỉ của công tơ điện tăng lên 1,5 số. Tính lượng điện năng mà bếp điện đã sử dụng, công suất của bếp điện cùng với cường độ dòng điện chạy qua bếp ở trong thời gian trên.

Gợi ý đáp án

– Lượng điện năng mà bếp đã sử dụng là:

A = 1,5kW = 1,5.1000.3600 = 5400000 (J)

– Công suất của bếp điện: 

P = A/T = 1,5/2 = 0,75

– Cường độ dòng điện chạy qua bếp ở trong thời gian này là:

Từ P = UI ⇒ I = P/U = 720/220 = 3,14A

 

C. Bài tập Trắc nghiệm và Tự luận Điện năng – Công của dòng điện

Câu 1: Điện năng là:

A) năng lượng điện trở

B) năng lượng điện thế

C) năng lượng dòng điện

D) năng lượng hiệu điện thế

Đáp án

Năng lượng của dòng điện được gọi là điện năng

→ Chọn đáp án C

Câu 2: Chọn phát biểu chính xác về sự chuyển hóa năng lượng ở trong các dụng cụ dưới đây?

A) Đèn LED: Quang năng được biến đổi thành nhiệt năng.

B) Nồi cơm điện: Nhiệt năng được biến đổi thành điện năng.

C) Quạt điện: Điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng.

D) Máy bơm nước: Cơ năng được biến đổi thành điện năng và nhiệt năng.

Đáp án

Nồi cơm điện, đèn LED: điện năng được biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.

Máy bơm nước, quạt điện: điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng.

→ Chọn đáp án C

Câu 3: Hiệu suất sử dụng điện:

A) Là tỉ số giữa phần năng lượng có ích đã được chuyển hóa từ phần năng lượng  vô ích và điện năng.

B) Là tỉ số giữa phần năng lượng có ích được chuyển hóa từ toàn bộ điện năng tiêu thụ và điện năng.

C) Là tỉ số giữa phần năng lượng vô ích được chuyển hóa từ toàn bộ điện năng tiêu thụ và điện năng.

D) Là tỉ số giữa phần năng lượng vô ích được chuyển hóa từ phần năng lượng có ích và điện năng.

Đáp án

→ Chọn đáp án B

Câu 4: Mối liên hệ giữa công suất và công được thể hiện thông qua biểu thức:

A) P = A.t

B) P = A^t

C) P = t/A

D) P = A/t

Đáp án

→ Chọn đáp án D

Câu 5: Một bóng đèn điện có ghi là 220V – 100W được mắc vào một hiệu điện thế 220V. Biết đèn này được sử dụng trung bình trong 4 giờ trong 1 ngày. Điện năng tiêu thụ trong 30 ngày của bóng đèn này là bao nhiêu?

A) 12 kW.h 

B) 400kW.h 

C) 1440kW.h 

D) 43200kW.h

Đáp án

Điện năng tiêu thụ của bóng đèn này ở trong 30 ngày là:

A = P.t.30 = 100.4.30 = 12000 W.h = 12 kW.h

→ Chọn đáp án A

Câu 6: Một gia đình dùng đèn chiếu sáng với số công suất tổng cộng là 150W, trung bình mỗi ngày dùng trong 10 giờ; sử dụng tủ lạnh có công suất là 100W, trung bình mỗi ngày dùng trong 12 giờ và sử dụng thêm các thiết bị điện thế khác có công suất tổng cộng là 500W, trung bình mỗi ngày dùng trong 5 giờ. Tính điện năng mà gia đình này đã sử dụng trong 30 ngày.

A) 75 kW.h 

B) 45 kW.h 

C) 120 kW.h 

D) 156 kW.h

Đáp án

– Đèn chiếu sáng: 

A1 = P1.t1 = 0,15.10.30 = 45 kW.h 

– Tủ lạnh: 

A2 = P2.t2 = 0,1.12.30 = 36 kW.h 

– Thiết bị khác: 

A3 = P3.t3 = 0,5.5.30 = 75 kW.h

Điện năng mà gia đình này sử dụng trong thời gian 30 ngày là: 

A = A1 + A2 + A3 = 45 + 36 + 75 = 156 kW.h

→ Chọn đáp án D

Câu 7: Một nồi cơm điện có số ghi ở trên vỏ là 220V – 400W được sử dụng cùng với hiệu điện thế 220V, trung bình mỗi ngày dùng trong thời gian 2 giờ. Tính cường độ của dòng điện chạy qua dây nung nồi cơm điện.

Đáp án

– Điện trở dây nung của nồi cơm điện:

P = U²/R ⇒ R = U²/P = 220²/400 = 121Ω

– Cường độ của dòng điện chạy qua dây nung:

P = U.I ⇒ I = P/U = 200/220 = 1,82A  

Câu 8: Chỉ số công tơ điện của một gia đình trong 30 ngày tăng thêm 90 số. Biết rằng mỗi ngày thời gian sử dụng điện trung bình là 4 giờ, hãy tính công suất tiêu thụ điện năng trung bình của gia đình này.

Đáp án

Ta có: 90 số = 90 kW.h = 90000 W

– Công suất tiêu thụ điện năng trung bình là:

P = 90000/30.4 = 750W

Câu 9: Một khu dân cư gồm có 500 hộ gia đình, trung bình một ngày mỗi hộ sử dụng 4 giờ với công suất điện là 120W. Tính điện năng sử dụng của khu dân cư này trong 30 ngày.

Đáp án

– Công suất điện trung bình:

P = 4.30.500 = 60000W = 60kW

– Điện năng sử dụng trong 30 ngày của khu dân cư:

A = P.t = 60.4.30 = 720 kW.h

Câu 10: Một bóng đèn dây tóc kiểu 220V – 100W và một bóng đèn neon kiểu 220V – 16W. Được sử dụng cùng ở hiệu điện thế là 220V.

a) Muốn chúng sáng bình thường thì cần phải mắc chúng như thế nào?

b) So sánh số tiền phải trả cho mỗi bóng đèn trong thời gian là một tháng và cho nhận xét. Biết rằng 1 tháng có 30 ngày, mỗi ngày sẽ thắp sáng trong 6 giờ và giá của tiền điện là 1000 đồng/1 kW.h

Đáp án

a) Muốn hai đèn sáng bình thường thì cần phải mắc chúng song song cùng với nhau vào mạng điện có hiệu điện thế UM = 220V. Bởi vì khi đó hiệu điện thế của mạng điện sẽ đúng bằng với hiệu điện thế định mức của hai đèn.

b) 

Pdây tóc= 100 W = 0,1 kW

Pnêon = 16 W = 0,016 kW

– Thời gian sử dụng điện cho cả 2 bóng:

t = 6.30 = 180 (h)

– Điện năng tiêu thụ:

• A dây tóc = 0,1.180 = 18 kW.h
• A nêon = 0,016.180 = 2,88 kW.h

– Số tiền cần phải trả cho mỗi bóng:

• Tdây tóc = 18.1000 = 18000 đồng
• Tnêon = 2,88.1000 = 2880 đồng

⇒ T dây tóc = 18000/2880 = 6,25. T nêon

Số tiền cần phải trả cho đèn có dây tóc lớn hơn gấp 6,25 lần số tiền cần trả cho đèn nêon. Vậy ta nên sử dụng đèn nêon vì nó lợi hơn rất nhiều so với bóng đèn dây tóc.

 

Trên đây HOCMAI đã giới thiệu tới các em học sinh bài viết Điện năng – Công của dòng điện. Hãy tham khảo thật kỹ kiến thức về lý thuyết và cách để áp dụng công thức vào giải bài toán liên quan đến chuyên đề này. Chúc các em học tập tốt môn Vật Lý 9.