Vật lí 9 Bài 16: Định luật Jun - Lenxo

[Tên để làm gì]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Bài 16: Định luật Jun - Lenxo ​

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Điện năng biến đổi thành nhiệt năng​

a) Một phần điện năng được biến đổi thành nhiệt năng
- Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành năng lượng ánh sáng:

Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn compac...

- Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng.

Ví dụ: Máy bơm nước, máy khoan, quạt điện...

b) Toàn bộ điện năng được biến đổi thành nhiệt năng
Dụng cụ hay thiết bị điện có thể biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng:

Ví dụ: Bình nước nóng, nồi cơm điện, bàn là, ấm điện...

2. Định luật Jun – Len – Xơ​

- Phát biểu định luật:
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.

- Hệ thức của định luật: [imath]Q = I^2.R.t[/imath]
Trong đó:
[imath]R[/imath] là điện trở của vật dẫn [imath](\Omega)[/imath]
[imath]I[/imath] là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn [imath](A)[/imath]
[imath]t[/imath] là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn [imath](s)[/imath]
[imath]Q[/imath] là nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn [imath](J)[/imath]

- Mối quan hệ giữa đơn vị Jun [imath](J)[/imath] và đơn vị calo [imath](cal)[/imath]: [imath]1 J = 0,24 cal[/imath] , [imath]1 cal = 4,18 J[/imath]
* Lưu ý: Nếu đo nhiệt lượng [imath]Q[/imath] bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun – Len – xơ là: [imath]Q = 0,24.I^2.R.t[/imath]

Bài C1: Hãy tính điện năng [imath]A[/imath] của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian [imath]300s[/imath].

Lời giải:
Công suất nhiệt tỏa ra trên sợi dây có điện trở [imath]R = 5 \Omega[/imath] là:
[imath]P_R = I^2.R = 28,8 W[/imath]
Điện năng [imath]A[/imath] của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian [imath]300s[/imath] là:
[imath]A = P_R.t = 28,8.300 = 8640J.[/imath]

Bài C2: Hãy tính nhiệt lượng [imath]Q[/imath] mà nước và bình nhôm nhận được trong thời gian trên.

Lời giải:
Nhiệt lượng nước nhận được là:
[imath]Q_1 =c_1.m_1. \Delta t_0 = 4200.0,2.9,5 = 7980J[/imath].
Nhiệt lượng bình nhôm nhận được là:
[imath]Q_2 =c_2.m_2. \Delta t_0 =880.0,078.9,5 = 652,08J.[/imath]
Nhiệt lượng nước và bình nhôm nhận được là:
[imath]Q = Q_1+ Q_2= 8632,08J.[/imath]

Bài C3: Hãy so sánh [imath]A[/imath] với [imath]Q[/imath] và nêu nhận xét, lưu ý rằng có một phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường chung quanh.

Lời giải:
Ta thấy [imath]Q[/imath] và [imath]A[/imath] tương đương với nhau. Như vậy nếu tính cả phần nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh thì [imath]Q[/imath] và [imath]A[/imath] bằng nhau

Bài C4: Hãy giải thích điều nêu ra trong phần mở đầu của bài: Tại sao với cùng một dòng điện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lên tới nhiệt độ cao, còn dây nối với bóng đèn hầu như không nóng lên?

Lời giải:
Vì dây tóc bóng đèn và dây nối mắc nối tiếp nhau nên dòng điện chạy qua cả hai có cùng cường độ. Theo định luật Jun - Len-xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở dây tóc và ở dây nối tỉ lệ với điện trở của từng đoạn dây. Dây tóc có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa ra nhiều, do đó dây tóc nóng lên đến nhiệt độ cao và phát sáng. Còn dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng tỏa ra ít và truyền phần lớn cho môi trường xung quanh, do đó dây nối hầu như không nóng lên.

Bài C5: Một ấm điện có ghi [imath]220V – 1000W[/imath] được sử dụng với hiệu điện thế [imath]220V[/imath] để đun sôi [imath]2l[/imath] nước từ nhiệt độ ban đầu là [imath]20^0 C[/imath]. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng tỏa vào môi trường, tính thời gian đun sôi nước. Biết nhiệt dung riêng của nước là [imath]4200J/kg.K[/imath].

Lời giải:
Vì hiệu điện thế định mức của ấm bằng hiệu điện thế được sử dụng nên ấm hoạt động bình thường
Ta có: [imath]A = Q \Rightarrow P.t = m.c.(T-T_o)[/imath]
Thời gian đun sôi nước là: [imath]t = \dfrac{m.c.(T-T_o)}{P} = 672 (s)[/imath]


----
Xem thêm:
[Vật Lí 9] Hệ thống mục lục các bài

 

[Tên để làm gì]

BÀI 16 - SÁCH BÀI TẬP​

Bài 10: Dòng điện có cường độ [imath]2mA[/imath] chạy qua một điện trở [imath]3k \Omega[/imath] trong thời gian [imath]10[/imath] phút thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này có giá trị dưới đây?

A. [imath]Q = 7,2J[/imath]
B. [imath]Q = 60J[/imath]
C. [imath]Q = 120J[/imath]
D. [imath]Q = 3600J[/imath]

Lời giải:
Chọn [imath]A. Q = 7,2J[/imath]

Nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này có giá trị:
[imath]Q = I^2. R.t = (2.10^{-3})^2. 3000.600 = 7,2J[/imath]

Bài 11: Thời gian đun sôi [imath]1,5[/imath] lít nước của một ấm điện là [imath]10[/imath] phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là [imath]220V[/imath]. tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi [imath]1[/imath] lít nước cần nhiệt lượng là [imath]420000J[/imath]?

Lời giải:
Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi [imath]1[/imath] lít nước là: [imath]Q_o = m_0.c. \Delta t_o[/imath]
Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi [imath]1,5[/imath] lít nước là:
[imath]Q = m.c. \Delta t_o = 1,5.Q_o = 630000 (J)[/imath] (vì [imath]m = 1,5kg = 1,5.m_o[/imath])
Mặt khác: [imath]Q = I^2.R.t = \dfrac{U^2}{R}.t[/imath]
→ Điện trở của dây nung: [imath]R = \dfrac{U^2.t}{Q} \approx 46,1 \Omega[/imath]

Bài 12: Khi mắc một bàn là vào hiệu điện thế [imath]110V[/imath] thì dòng điện chạy qua nó có cường độ [imath]5A[/imath]. Bàn là này được sử dụng trung bình [imath]15[/imath] phút mỗi ngày.

a) Tính công suất tiêu thụ của bàn là này theo đơn vị [imath]W[/imath]
b) Tính điện năng mà bàn là này tiêu thụ trong [imath]30[/imath] ngày tính theo đơn vị [imath]kW.h[/imath]
c) Tính nhiệt lượng bàn là tỏa ra trong [imath]30[/imath] ngày theo đơn vị [imath]kJ[/imath], cho rằng điện năng mà bàn là này tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng

Lời giải:
a) Công suất tiêu thụ của bàn là: [imath]P = U.I = 110.5 = 550W = 0,55kW[/imath]
b) Điện năng mà bàn là tiêu thụ trong [imath]30[/imath] ngày:
[imath]A = P.t = 0,55kW.7,5h = 4,125 kW.h[/imath]
c) Nhiệt lượng tỏa ra của bàn là:
[imath]Q = 4,125 kW.h = 4,125.1000.3600 = 14850000(J) = 14850 kJ[/imath]

Bài 13: Một bình nóng lạnh có ghi [imath]220V – 1100W[/imath] được sử dụng với hiệu điện thế [imath]220V[/imath]

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua bình khi đó
b) Tính thời gian để bình đun sôi [imath]10[/imath] lít nước từ nhiệt độ [imath]20^0C[/imath], biết nhiệt dung riêng của nước là [imath]4200J/kg.K[/imath] và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ
c) Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bình như trên trong [imath]30[/imath] ngày , biết rằng thời gian sử dụng trung bình mỗi ngày là [imath]1[/imath] giờ, và giá tiền điện là [imath]1000đ/kW.h[/imath]

Lời giải:
a) Vì [imath]U_{dm} = U = 220V[/imath] nên công suất tiêu thụ của bình nóng lạnh bằng công suất định mức: [imath]P = P_{dm} = 1100W[/imath]
Cường độ dòng điện qua bình:
[imath]P = I.U \Rightarrow I = \dfrac{P}{U} = 5A[/imath]

b) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi [imath]10[/imath] lít nước từ [imath]20^0 C[/imath] là:
[imath]Q = m.c.(T_2 – T_1) = 10.4200.(100^0C – 20^0C) = 3,36.10^6 J[/imath]
Vì nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ nên [imath]Q = A = P.t[/imath]
Thời gian đun sôi [imath]10[/imath] lít nước:
[imath]t = \dfrac{A}{P} = \dfrac{Q}{P} = 3055 s \approx 50[/imath] phút [imath]55[/imath] giây.

c) Điện năng tiêu thụ của bình trong một tháng là:
[imath]A = P.t’ = 1,1kW.30h = 33kW.h[/imath]
Tiền phải trả: [imath]T = 33.1000 = 33000[/imath] đồng.

Bài 14: Trong mùa đông, một lò sưởi có ghi [imath]220V – 880W[/imath] được sử dụng với hiệu điện thế [imath]220V[/imath] trong [imath]4[/imath] 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 toả ra trong mỗi ngày theo đơn vị [imath]kJ[/imath].
c) Tính tiền điện phải trả cho việc dùng lò sưởi như trên trong suốt mùa đông, tổng cộng là [imath]30[/imath] ngày. Cho rằng giá tiền điện là [imath]1000đ/kW.h[/imath]

Lời giải:
a) Vì [imath]U_{Ldm} = U = 220V[/imath] nên công suất tiêu thụ của lò sưởi bằng công suất định mức: [imath]P = P_{Ldm} = 880W[/imath]
Điện trở của dây nung:
[imath]P = \dfrac{U^2}{R} \to R = 55 \Omega[/imath].
Cường độ dòng điện chạy qua nó: [imath]P = I.U \to I = 4A[/imath]

b) Nhiệt lượng tỏa ra của lò sưởi bằng điện năng mà lò sưởi tiêu thụ mỗi ngày.
[imath]Q = A = P.t_o = 880.14400 = 12672000J = 12672 kJ[/imath]

c) Điện năng mà lò sưởi tiêu thụ trong một tháng là:
[imath]A = P.t’ = 0,88kW.120h = 105,6kW.h[/imath]
Tiền điện phải trả: [imath]T = 105,6.1000 = 105600[/imath] đồng



----
Xem thêm:
[Vật Lí 9] Hệ thống mục lục các bài