Trong chương trình Vật lý phổ thông lớp 11, phần kiến thức liên quan đến công suất tỏa nhiệt khiến nhiều học sinh bối rối khi mới tiếp cận. Bài viết sau đây sẽ giới thiệu một cách thật chi tiết các công thức tính công suất tỏa nhiệt cùng bài tập áp dụng đi kèm để các bạn nắm được gốc của vấn đề.
1. Tổng quan các công thức tính công suất tỏa nhiệt
Hình minh họa công suất tỏa nhiệt.
Như định nghĩa của sách giáo khoa, khi có dòng điện đi qua công suất tỏa ra vật dẫn được gọi là công suất tỏa nhiệt. Đại lượng này được tính bằng nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn trong một đơn vị thời gian và đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn.
Suy ra ta có công thức của công suất tỏa nhiệt như sau: P = Q/t = R.I^2
Trong đó ta có:
-
P: công suất, đơn vị W.
-
Q: nhiệt lượng, đơn vị J.
-
R: điện trở, đơn vị Ω.
-
I: cường độ dòng điện, đơn vị là A.
Công thức tính công suất tỏa nhiệt - công suất tỏa nhiệt là gì.
2. Định luật Jun-Len-xơ
Vì sao gọi là định luật Jun-len-xơ?
Vào năm 1841, Jun đã tiến hành nghiên cứu sự phát nhiệt của dòng điện dựa trên các nghiên cứu của mình và từ gợi ý của Faraday cũng như nhiều nhà vật lý học khác nhau khi còn là một nhà nghiên cứu nghiệp dư. Nhà vật lý học Jun đã khám phá ra sự liên hệ giữa nhiệt lượng tỏa ra từ dây dẫn và cường độ dòng điện, từ đó định luật Jun ra đời sau nhiều năm nghiên cứu.
Sau đó, năm 1844, nhà vật lý học Len-xơ đã tiến hành hàng loạt các nghiên cứu và phát biểu thành định luật Len-xơ tương tự với định luật Jun để khẳng định tính đúng đắn của định luật này. Đây chính là lý do vì sao định luật sau cùng lại có tên là Jun-len-xơ.
Nội dung và hệ quả Jun-len-xơ
Nếu vật dẫn hoặc đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R thì điện năng mà đoạn mạch hoặc vật dẫn tiêu thụ sẽ hoàn toàn chuyển hóa thành nhiệt năng.
Nội dung định luật Jun-len-xơ: Khi một dòng điện chạy qua nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.
Công thức suy ra từ định luật: Q = I^2.R.t
Trong đó ta có:
-
Q là nhiệt lượng tỏa ra [ J ]
-
I là cường độ dòng chạy qua dây dẫn [ A ]
-
R là điện trở của dây dẫn [ Ω ]
-
t là kí hiệu thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn [s]
3. Bài tập tính công suất tỏa nhiệt với lời giải chi tiết
Để hiểu rõ các định nghĩa và công thức vừa học, chúng ta cùng giải một số bài tập sau.
Bài tập 1: Trên một bóng đèn dây tóc có ghi là 806Ω - 60W
-
Hãy cho biết các số ghi trên đèn có ý nghĩa gì trong Vật lý. Tính hiệu điện thế tối đa có thể được đặt vào 2 đầu của đèn mà đèn vẫn hoạt động bình thường. Để đèn hoạt động sáng bình thường thì cần cường độ dòng điện đi qua là bao nhiêu.
-
Cài bóng đèn này vào hiệu điện thế 200V. Biết điện trở của bóng đèn không thay đổi đáng kể. Tính công suất của đèn.
Giải
-
Số 700Ω ghi trên đèn chính là điện trở của dây tóc bóng đèn và 60W là công suất cực đại của đèn.
P = U^2/R => U= 220V
I = P/U = 0,273 A
Bài tập 2: Một bàn ủi được sử dụng 30 phút thì tiêu thụ lượng điện năng là 1440 kJ ở hiệu điện thế định mức 220V. Tính:
-
Công suất của bàn là
-
Điện trở và dòng điện đi qua bàn ủi
Giải
-
P = A/t = 800 [W]
-
R =U^2/P = 60,5Ω
I = P/U = 40/11A
Phía trên là các công thức tính công suất tỏa nhiệt mà bạn cần nắm để giải được các bài tập Vật lý 11 cơ bản nhất. Mong rằng thông qua phần kiến thức lí thuyết cùng các bài tập ví dụ đi kèm sẽ giúp bạn dễ dàng đưa ra hướng giải hơn khi gặp các bài toán dạng này. Hẹn gặp bạn ở các bài chia sẻ kiến thức Vật lý tiếp theo!
Muốn biết một thiết bị điện tử có tiêu thụ nhiều điện hay không, người ta thường xem công suất của thiết bị đó. Chúng ta đã được biết công suất là gì trong chương trình vật lý lớp 8. Bài viết dưới đây là tổng hợp các kiến thức về Công suất, công suất tỏa nhiệt, các công thức tính công suất tỏa nhiệt và ứng dụng của công suất vào đời sống hàng ngày. Ai đã trót quên đi hay cần tìm hiểu về mảng kiến thức này hãy tham khảo bài dưới đây.
Công suất là gì?
Công suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ thực hiện công [tốc độ tiêu hao năng lượng của một vật [người, máy móc ….]
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 đó tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian
Công suất điện bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó:
- A là công của lực điện [J]
- t là thời gian [s]
- U là hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch [V]
- I cường độ dòng điện của đoạn mạch [A]
Công suất của nguồn điện là gì?
Công suất Png của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.
Trong đó:
- Ang là công của nguồn điện[J]
- t là thời gian [s]
- I cường độ dòng điện của đoạn mạch [A]
- E là suất điện động vủa nguồn [V]
Công suất của nguồn đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian.
Công suất tỏa nhiệt là gì?
Công suất tỏa nhiệt trên điện trở 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 tính công suất tỏa nhiệt là:
Trong đó:
- Q là nhiệt lượng [J]
- R là điện trở [Ω]
- U là hiệu điện thế [V]
- t là thời gian [s]
- I cường độ dòng điện của đoạn mạch [A]
Công suất toả nhiệt là Công suất toả nhiệt ở vật dẫn [ví dụ công suất tỏa nhiệt trên dây] khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng toả ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
Đơn vị của công suất tỏa nhiệt là W
Xem thêm: Ampe là gì? 1 ampe bằng bao nhiêu w, kw, ma, v, kva…?
Hệ số công suất là gì?
Hệ số công suất Cosφ của hệ thống điện xoay chiều trong kỹ thuật điện được định nghĩa là tỷ lệ công suất thực được hấp thụ bởi tải và công suất biểu kiến chảy trong mạch điện. Đây là một đại lượng không thứ nguyên trong khoảng đóng từ -1 đến 1.
Hệ số công suất nói chung được tính bởi công thức:
Cosφ = PS
Trong đó:
- P: công suất hiệu dụng [W]
- S: công suất biểu kiến [VA]
Ngoài ra, hệ số công suất cũng được chia ra làm 3 loại khác nhau:
Hệ số công suất tức thời
Hệ số công suất là gì tại một thời điểm nhất định nào đó được đo bởi dụng cụ đo Cosφ hoặc các dụng cụ đo điện áp, công suất và dòng điện. Hệ số này luôn luôn biến động nên không sử dụng được trong tính toán.
Công thức tính hệ số công suất tức thời:
Cosφ = P3UI
Trong đó:
- P là công suất [W]
- U là hiệu điện thế [V]
- I cường độ dòng điện của đoạn mạch [A]
Hệ số công suất trung bình
Đây là hệ số công suất Cosφ tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó được xác định [1 ca, 1 ngày, 1 tháng].
Công thức tính hệ số công suất trung bình:
Cosφtb = Ahc[ Ahc2+ Avc2]
Trong đó:
- Cosφtb: hệ số công suất trung bình
- Ahc: điện năng tác dụng đo trong chu kỳ xác định
- Avc: điện năng phản kháng trong chu kỳ xác định
Hệ số Cosφtb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện của một đơn vị có tiết kiệm hay không.
Hệ số công suất tự nhiên
Đây là hệ số công suất Cosφtb được tính cho cả một năm khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất này dùng để làm căn cứ để tính toán, nâng cao hệ số công suất hiệu dụng và bù công suất phản kháng.
Công suất P của mạch đạt cực đại khi:
- Trường hợp 1:
- Trường hợp 2:
Cách để biết được một thiết bị điện có công suất là bao nhiêu?
Sử dụng các thiết bị điện trong gia đình như : tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, quạt điện …Chắc chắn bạn sẽ thắc mắc là công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu W ? Liệu chúng có tốn điện không?
Trên các thiết bị điện nào đó thường có những tem hay nhãn mác như hình bên trên và có ghi công suất tiêu thụ của đồ dùng trên đó. Đây chính là công suất tiêu thụ điện năng của sản phẩm.
Mẹo nhỏ tính lượng điện năng tiêu thụ của gia đình
Để tránh sốc khi nhận hóa đơn tiền điện cuối tháng. Chúng tôi sẽ bày cho các bạn mẹo tính công suất tiêu thụ của các thiết bị điện sau đây:
1KWh = 1 số điện. Vì vậy, việc tính số KWh tiêu thụ trong một tháng giúp gia đình bạn xác định số điện tiêu hao và số tiền tương ứng gia đình phải trả cho mỗi kỳ thanh toán hóa đơn.
Ngoài ra, một số thiết bị điện thể hiện công suất hoạt động theo đơn vị W [còn được gọi là oát]. 1KW=1000W.
Xem thêm: Decibel [DB] là gì? Mức cường độ âm thanh cho phép là bao nhiêu?
Hy vọng bài viết trên đã giải đáp kiến thức về công suất mà gợi ý những mẹo bổ ích giúp các bạn tính toán và sử dụng thiết bị điện sao cho tiết kiệm.