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!
Đề bài
Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 100 cm2. Ống dây có điện trở 16Ω, hai đầu dây nối đoản mạch và được đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ \[\overrightarrow B \] hướng song song với trục của ống dây và có độ lớn tăng đều 4,0.10-2 T/s. Xác định công suất toả nhiệt trong ống dây dẫn này.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
+ Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây : \[\left| {{e_c}} \right| = |\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}|\]
+ Áp dụng định luật Jun - Len-xơ, ta tính được công suất nhiệt toả ra trong ống dây dẫn : \[P=Ri_c^2\]
Lời giải chi tiết
Từ thông qua ống dây dẫn gồm N vòng dây tính bằng \[\Phi = NBS\]. Vì cảm ứng từ B tăng, nên từ thông \[\Phi \] tăng theo sao cho : \[Δ \Phi = NSΔB.\]
Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây, ta xác định được độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây dẫn :
\[\left| {{e_c}} \right| = |\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}| = N|\dfrac{\Delta B}{\Delta t}|S = {1000.4,0.10^{ - 2}}{.100.10^{ - 4}} = 0,40V\]
Từ đó suy ra cường độ dòng điện cảm ứng chạy trong ống dây dẫn :
\[{i_c} =\dfrac{|e_c|}{R} = \dfrac{0,40}{16} = 25mA\]
Áp dụng định luật Jun - Len-xơ, ta tính được công suất nhiệt toả ra trong ống dây dẫn :
\[P=Ri_c^2=16.[25.10^{-3}]^2=10mW\]
Loigiaihay.com
Công suất tỏa nhiệt của điện trở được tính theo công thức sau:
\[Q=I^2R=\dfrac{U^2}{R}\]
>>>Xem thêm: Tổng hợp toàn bộ công thức vật lý 12 mới nhất, đầy đủ, chi tiết nhất
Tham khảo >>> FULL CÔNG THỨC TOÁN NHANH - BÍ KÍP VÀ MẸO
Một ống dây hình trụ dài gồm 103 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây S=100cm2. Ống dây có điện trở R=16Ω, hai đầu nối đoản mạch và được đặt trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ song song với trục của ống dây và có độ lớn tăng đều 10−2 T/s. Tính công suất tỏa nhiệt của ống dây.
Xem lời giải
Công suất tỏa nhiệt của ống dây và của điện trở chúng ta được tìm hiểu chi tiết trong chương trình học của môn Vật lý lớp 11. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp các kiến thức liên quan về chủ đề này. Cụ thể là cách tính công suất tỏa nhiệt, định luật Jun-Len-Xơ, công suất điện,…
Công suất tỏa nhiệt là gì?
Công suất tỏa nhiệt là công suất tỏa ra ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua. Đại lượng này đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn. Nó được tính bằng nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
Như vậy, ta có công thức công suất tỏa nhiệt là:
Trong đó:
- P là công suất, đơn vị công suất tỏa nhiệt là W.
- Q là nhiệt lượng, đơn vị là J.
- R là điện trở, đơn vị là Ω.
- I là ký hiệu của cường độ dòng điện, đơn vị là A.
Công thức tính công suất tỏa nhiệt của điện trở là:
Q = I².R = U²/R
Trong đó, U là hiệu điện thế, đơn vị là V.
Từ các công thức trên, ta có thể thấy được công suất tỏa nhiệt của một vật dẫn không phụ thuộc vào thời gian mà dòng điện đi qua vật đó.
Định luật Jun-Len-xơ
- Phát biểu định luật: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn sẽ tỷ lệ thuận với điện trở, bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn.
- Công thức: Q = R.I².t
Trong đó:
- Q là ký hiệu biểu thị cho nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn, đơn vị là J.
- R là ký hiệu điện trở của vật dẫn, đơn vị là Ω.
- I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn, đơn vị là A.
- t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn, đơn vị là s.
Mối quan hệ giữa đơn vị calo [cal] và Jun [J] như sau:
- 1J = 0,24 cal
- 1 cal = 4,18 cal
Như vậy, khi chúng ta tính Q theo đơn vị cal thì công thức của định luật Jun-Len-Xơ sẽ là: Q = 0,24.R.I².t
Công và công suất tỏa nhiệt của nguồn điện
Công của nguồn điện
Điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng với công của các lực lạ bên trong nguồn điện. Nói cách khác, nó bằng công của nguồn điện.
Công thức: Ang = E.q = E.I.t
Trong đó:
- E là suất điện động của nguồn điện, đơn vị là V.
- q là điện lượng chuyển qua nguồn, đơn vị là C.
- I là cường độ dòng điện chạy qua nguồn, đơn vị là A.
- t là thời gian dòng điện chạy qua nguồn, đơn vị là s.
Công suất của nguồn điện
Công suất của nguồn điện bằng với công suất tiêu thụ điện năng trong toàn mạch.
Công thức:
Công suất của nguồn là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó. Đại lượng này được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian.
Điện năng tiêu thụ và công suất điện
Điện năng tiêu thụ trong một đoạn mạch
Khi có dòng điện chạy qua, lượng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ để chuyển hóa thành dạng năng lượng khác được tính bằng công của lực điện dùng để dịch chuyển có hướng các điện tích.
Công thức: A = U.q = U.I.t
Trong đó: //binhsuahegen.com/san-pham/binh-dun-nuoc-pha-sua-misuta/
- A là công của lực điện, đơn vị là J.
- U là hiệu điện thế của đoạn mạch, đơn vị là V.
- I là cường độ dòng điện của đoạn mạch, đơn vị là A.
- t là thời gian, đơn vị là s.
- q là lượng điện tích dịch chuyển qua đoạn mạch trong khoảng thời gian t, đơn vị là C.
Công suất điện
Công suất điện của một đoạn mạch chính là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó. Trị số của công suất điện bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Công suất điện sẽ được tính bằng tích của hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch này.
Công thức:
Cách tính công suất tỏa nhiệt trên dây hoặc trên điện trở không hề khó. Mong rằng những khái niệm và công thức được giới thiệu trong bài viết này của kienthucmaymoc.com sẽ giúp bạn củng cố lại kiến thức đã học. Trong phần bài tập liên quan đến chủ đề này thì bài toán tính công suất tỏa nhiệt cực đại cũng thường hay gặp phải. Các bạn nên chú ý phần này để có kết quả học tốt hơn nhé!