Lớp 11
Điện năng-Công suất điện
I. LÍ THUYẾTĐiện năng-Công suất điện
1. Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch
- Khi sử dụng các dụng cụ điện thì chúng đã tiêu thụ năng lượng. Điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch đúng bằng công của lực điện trường tạo ra dòng điện, nên A = Uq = UIt
q là lượng điện tích dịch chuyển (C)
I là cường độ dòng điện trong mạch (A)
t là thời gian điện tích dịch chuyển (s)
- Lượng điện năng mà một đoạn tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện trường khi dịch chuyển có hướng các điện tích.
- Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Hoặc bằng tích hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
- Công thức: $P=\frac{A}{t}=UI$
+ Định luật Jun-Lenxơ
- Nếu đoạn mạch là vật dẫn có điện trở thuần R thì điện năng tiêu thụ của đoạn mạch được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng $Q = A = UIt = I^2Rt$ (đây chính là biểu thức của định luật Jun-Lenxơ.
- Phát biểu định luật Jun-Lenxơ: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của vật dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó:
+ Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua.
- Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
- Công thức:$ P=\frac{Q}{t}=\frac{{{I}^{2}}.R.t}{t}={{I}^{2}}.R =\frac{{{U}^{2}}}{R} $
+ Công của nguồn điện
- Theo định luật bảo toàn năng lượng, điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng công của các lực lạ bên trong nguồn điện.
- Công thức tính công Ang của một nguồn điện khi tạo thành dòng điện có cường độ I chạy trong toàn mạch sau một thời gian t là: $A_{ng}$ = qℰ = ℰ.I.t
- Công suất $P_{ng}$ của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện để thực hiện trong đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.
- Công thức: $P=\frac{{{A}_{ng}}}{t}=\frac{\xi .q}{t}=\xi .I$
Dạng 1. Công, công suất của dòng điện ở một đoạn mạch.
- Công và công suất tiêu thụ của một đoạn mạch: \begin{matrix} & A=U.I.t \\ & P=\frac{A}{t}=U.I=\frac{{{U}^{2}}}{R}. \\ \end{matrix}
- Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở $I=\frac{U}{R}.$
- Nhớ các tính chất, công thức của đoạn mạch gồm các điện trở mắc nối tiếp và song song đã học ở lớp 9.
| Đoạn mạch | Mắc nối tiếp | Mắc song song |
| Sơ đồ mắc |
|
|
| Điện trở tương đương của mạch | $R={{R}_{1}}+{{R}_{2}}+...+{{R}_{n}}$ | $\frac{1}{R}=\frac{1}{{{R}_{1}}}+\frac{1}{{{R}_{2}}}+...+\frac{1}{{{R}_{n}}}$ |
| Cường độ dòng điện trong mạch | $I={{I}_{1}}={{I}_{2}}=...={{I}_{n}}$ | $I={{I}_{1}}+{{I}_{2}}+...+{{I}_{n}}$ |
| Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch | $U={{U}_{1}}+{{U}_{2}}+...+{{U}_{n}}$ | $U={{U}_{1}}={{U}_{2}}=...={{U}_{n}}$ |
- Dựa vào các số liệu định mức ghi trên các dụng cụ điện để tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của dụng cụ đó:$ R=\frac{U_{dm}^{2}}{{{P}_{dm}}};\,\,{{I}_{dm}}=\frac{{{P}_{dm}}}{{{U}_{dm}}}.$
- Đơn vị của điện năng tiêu thụ còn được tính theo kWh:
Dạng 2. Vận dụng định luật Jun-Lenxơ.
- Nhiệt lượng tỏa ra và công suất tỏa nhiệt trên điện trở: \begin{matrix} & Q={{I}^{2}}.R.t \\ & P=\frac{Q}{t}={{I}^{2}}.R=\frac{{{U}^{2}}}{R} \\ \end{matrix}
- Đối với bài toán đun nước bằng ấm điện:
- Nhiệt lượng ấm tỏa ra: $Q_{toàn phần} = Q_{tỏa} = {{I}^{2}}Rt=\frac{{{U}^{2}}}{R}$
- Nhiệt lượng nước cần thu vào: $Q_{có ích} = {{Q}_{thu}}=mc\Delta t=mc( {{t}_{2}}-{{t}_{1}}) $
- Hiệu suất $H = \frac{{{Q_{{\rm{có ích}}}}}}{{{Q_{{\rm{toàn phần}}}}}}$ hay $H = \frac{{{Q_{ci}}}}{{{Q_{tp}}}}.100\% $
- Công và công suất của nguồn điện: \begin{matrix} & A=\xi .q=\xi .I.t \\ & P=\frac{A}{t}=\frac{\xi .q}{t}=\xi .I \\ \end{matrix}
