Ví dụ về các câu hỏi và công thức liên quan đến năng lượng và công suất điện.
Năng lượng và Điện năng
1. Giá điện mỗi kWh là 400 Rupiah. Trong một hộ gia đình, một chiếc tivi 100 watt hoạt động trung bình 4 giờ mỗi ngày, và hai bóng đèn 20 watt mỗi bóng được sử dụng 10 giờ mỗi ngày. Chi phí sử dụng điện mỗi tháng (30 ngày) là….
A. 4.800 rupiah
B. Rp. 9.600,-
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết rằng:
Giá điện là 400 rupiah/kWh.
Công suất TV = 1 x 100 Watt = 100 Watt và thời gian sử dụng TV = 4 giờ x 30 = 120 giờ
Công suất bóng đèn = 2 x 20 Watt = 40 Watt và thời gian sử dụng bóng đèn = 10 giờ x 30 = 300 giờ
Yêu cầu: Chi phí sử dụng điện hàng tháng
Hàm:
Năng lượng điện = Công suất điện x Thời gian sử dụng
Năng lượng điện tiêu thụ của TV = 100 Watt x 120 giờ = 12.000 Watt giờ
Năng lượng tiêu thụ của đèn = 40 Watt x 300 giờ = 12.000 Watt giờ
Tổng năng lượng = 12.000 Watt giờ + 12.000 Watt giờ = 24.000 Watt giờ = 24 kilowatt giờ = 24 kilowatt giờ = 24 kWh
Chi phí sử dụng điện mỗi tháng = (24 kWh)(400 Rp/kWh) = (24)(400 Rp) = 9.600 Rp
Đáp án đúng là B.
2. Hai bóng đèn, mỗi bóng có ghi 24 Watt / 12 Volt, được mắc song song, sau đó mắc nối tiếp với một điện trở 2 Ohm. Mạch này sau đó được nối với nguồn điện sao cho cả hai bóng đèn chỉ sáng với 25% độ sáng tối đa. Nếu một bóng đèn đột nhiên bị hỏng, bóng đèn còn lại sẽ sáng lên với công suất…
A. 12 Watt
B. 7,5 Watt
C. 6 Watts
D. 3 Watts
Cuộc thảo luận
Công thức tính công suất:
P = VI
I = PV
atau
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = V2 / R
R = V2 / P
atau
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = tôi2 R
I2 = P / R
Mô tả: P = công suất điện, V = điện áp, I = dòng điện, R = điện trở của bóng đèn
Tính toán điện trở của mạch:
Hai bóng đèn đều được ghi 24 Watt / 12 Volt, có nghĩa là mỗi bóng đèn sẽ sáng với công suất tối đa 24 Watt khi được kết nối với điện áp 12 Volt.
Điện trở của mỗi bóng đèn được tính bằng công thức công suất:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 Ohms
Hai bóng đèn được mắc song song nên điện trở tương đương là:
1/R12 = 1 / R1 + 1 / R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ôm
Hai bóng đèn được mắc nối tiếp với một điện trở 2 Ohm, do đó điện trở tương đương là:
R = 3 Ohm + 2 Ohm = 5 Ohm
Vậy điện trở của mạch là R = 5 Ohm.
Tính toán cường độ dòng điện chạy trong mạch:
Nếu cả hai đèn đều bật với độ sáng 25% thì công suất của cả hai đèn là 25/100 x 24 Watts = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 Watts.
Dòng điện chạy qua bóng đèn được tính bằng công thức công suất:
I2 = Công suất / Điện trở = 6 Watts / 6 Ohms = 1 Ampe
Dòng điện chạy qua mỗi bóng đèn là 1 Ampe. Hai bóng đèn được mắc song song, vì vậy theo định luật Kirchhoff thứ nhất, tổng dòng điện chạy qua cả hai bóng đèn là 2 Ampe. Hai bóng đèn được mắc nối tiếp với một điện trở 2 Ohm, do đó dòng điện chạy qua điện trở 2 Ohm cũng là 2 Ampe.
Vậy cường độ dòng điện chạy trong mạch là I = 2 Ampe.
Tính điện áp của nguồn suất điện động:
Điện áp là:
V = IR = (2 Ampe)(5 Ohm) = 10 Vôn
Đây là điện áp của nguồn điện từ, giá trị của nó không thay đổi cả trước và sau khi một trong các bóng đèn bị hỏng.
Tính điện trở của mạch sau khi một trong các bóng đèn bị hỏng:
Nếu một trong hai bóng đèn bị hỏng, bóng đèn còn lại vẫn sáng sẽ được mắc nối tiếp với một điện trở 2 Ohm. Do đó, điện trở của mạch sẽ thay đổi thành:
R = 6 Ohm + 2 Ohm = 8 Ohm
Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch sau khi một trong các bóng đèn bị hỏng:
Dòng điện chạy trong mạch là:
I = V / R = 10 Vôn / 8 Ohm = 1,25 Ampe
Bóng đèn và điện trở được mắc nối tiếp sao cho dòng điện chạy trong mạch bằng dòng điện chạy trong bóng đèn bằng dòng điện chạy trong điện trở.
Tính công suất của đèn:
Sau khi một trong các đèn bị hỏng, các đèn khác sẽ sáng lên với công suất:
P = VI = (10 Vôn)(1,25 Ampe) = 12,5 Watt
Sự chuyển động của electron
3. Khối lượng của electron được biết là 9,1 x 10⁻³.-31 kg và điện tích electron 1,6 x 10-19 C. Hiệu điện thế cần thiết để gia tốc một electron từ tốc độ 1 x 105 m/s trở thành 3 x 105 m/s là….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết rằng:
Khối lượng electron (m) = 9,1 x 10⁻³-31 kg
Điện tích electron (q) = 1,6 x 10-19 C
Vận tốc ban đầu (v)o) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Vận tốc cuối cùng (v)t) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010m2/s2
Yêu cầu: Hiệu điện thế (V) cần thiết để gia tốc một electron
Hàm:
Thay đổi điện thế năng = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Biến thiên động năng = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 kg)(9 x 1010 m2/s2 - 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 kg m2/s2
Năng lượng là vĩnh cửu, do đó thế năng điện có thể chuyển hóa thành động năng:
EPL thua = EK xuất hiện
(1,6 x 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 miliVôn
Đáp án đúng là D.
4. Đề thi Olympic Khoa học Quốc gia năm 2011 dành cho học sinh trung học cơ sở cấp huyện/thành phố, số 56
Trong phòng thí nghiệm, một chùm electron được bắn về phía bắc. Từ trên xuống, người ta quan sát thấy chùm tia bị bẻ cong sang trái. Sau đó, một chùm electron được bắn về phía nam. Từ trên xuống, người ta quan sát thấy chùm tia bị bẻ cong sang trái. Điều này có nghĩa là…
A. Điện trường hướng về phía tây
B. Điện trường hướng về phía đông
C. từ trường hướng lên trên
D. Từ trường hướng xuống dưới
Cuộc thảo luận
Electron mang điện tích và có thể bị dịch chuyển bởi lực điện hoặc lực từ khi chúng nằm trong điện trường hoặc từ trường. Sự khác biệt là lực điện có thể di chuyển electron cả khi chúng đứng yên và khi chúng đang chuyển động, trong khi lực từ chỉ có thể di chuyển electron khi chúng đang chuyển động.
Một điểm khác biệt nữa là lực điện cùng hướng với điện trường, trong khi lực từ vuông góc với từ trường. Vì vậy, nếu một electron bị dịch chuyển bởi lực điện, hướng chuyển động của nó sẽ cùng hướng với điện trường. Ngược lại, nếu một electron bị dịch chuyển bởi lực từ, hướng chuyển động của nó sẽ cùng hướng với lực từ, tức là vuông góc với từ trường.
Dựa trên câu hỏi trên, có vẻ như khi một electron được bắn về phía bắc, nó bị lệch sang trái (về phía tây), và khi nó được bắn về phía nam, nó bị lệch sang trái (về phía đông). Nếu một electron bị lệch hướng bởi một lực điện, thì hướng của lực điện, cũng chính là hướng của điện trường, luôn thay đổi. Hướng của điện trường phải không đổi. Do đó, electron không bị lệch hướng bởi lực điện.
Có thể kết luận rằng lực từ làm lệch hướng các electron. Để xác định hướng của lực từ (hướng làm lệch hướng các electron), hướng của từ trường và hướng bắn của các electron, hãy sử dụng quy tắc bàn tay phải.
Áp dụng quy tắc bàn tay phải như giải thích bên dưới. Duỗi thẳng bàn tay phải, duỗi ngón cái và khép bốn ngón còn lại. Đặt ngón cái sao cho nó hướng về phía bắc (hướng chuyển động của electron) và bốn ngón còn lại hướng về phía tây (hướng của lực từ = hướng lệch của electron), thì mu bàn tay phải sẽ hướng xuống dưới (hướng của trường từ). Ngược lại, đặt ngón cái sao cho nó hướng về phía nam (hướng chuyển động của electron) và bốn ngón còn lại hướng về phía đông (hướng của lực từ = hướng lệch của electron), thì mu bàn tay phải sẽ hướng xuống dưới (hướng của trường từ). Từ đó có thể kết luận rằng electron đang nằm trong một trường từ hướng xuống dưới.
Đáp án đúng là D.
Nguồn câu hỏi:
Câu hỏi Vật lý Trung học cơ sở OSN
