ĐẶT VẤN ĐỀ

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 thì hầu như không nóng lên?

TIẾT 14. BÀI 16

ĐỊNH LUẬT JUN – LEN XƠ

Điện năng là gì? Điện năng có thể chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào?

Điện năng

Cơ năng

Quang năng

Nhiệt năng

Điện năng là năng lượng của dòng điện

Điện năng -> nhiệt năng + năng lượng ánh sáng:

Điện năng ->

Nhiệt năng+cơ năng:

Biến đổi toàn bộ điện năng -> nhiệt năng:

BÀI 16: ĐỊNH LUẬT JUN – LEN - XƠ

5

I. TRƯỜNG HỢP ĐIỆN NĂNG BIẾN ĐỔI THÀNH NHIỆT NĂNG

a. Điện năng -> nhiệt năng + năng lượng ánh sáng:

Bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn compắc...

1. Một phần điện năng được biến đổi thành nhiệt năng

b. Điện năng -> nhiệt năng + cơ năng:

Máy bơm nước, quạt điện, máy khoan…

a. Điện năng -> nhiệt năng :

Ấm điện, nồi cơm điện, bếp điện, bàn là điện …

2. Toàn bộ điện năng được biến đổi thành nhiệt năng

b. Các dụng cụ điện biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng có bộ phận chính là một đoạn dây dẫn bằng hợp kim nikêlin hoặc constantan.

Dây Constantan

Hoặc dây Nikêlin

1,7.10^-8 < 0,4.10^-6 < 0,5.10^-6

Vậy:

Hãy so sánh điện trở suất của dây dẫn bằng hợp kim nikêlin hoặc constantan với các dây dẫn bằng đồng.

II. ĐỊNH LUẬT JUN – LEN XƠ

1. Hệ thức của định luật

Điện năng A

Nhiệt năng Q

A= P. t = I².R.t

Q = I².R.t

II. ĐỊNH LUẬT JUN – LEN - XƠ

Q = I²Rt

1. Hệ thức của định luật:

2. Xử lí kết quả của thí nghiệm kiểm tra

Kiểm tra hệ thức định luật Jun – Lenxơ

Mục đích của thí nghiệm là gì?

Em hãy mô tả thí nghiệm?

​

45

15

30

60

A

V

K

5

10

20

25

40

35

50

55

t =5 phút= 300s ;

Δt =34,5-25= 9,5⁰C

Mô phỏng thí nghiệm:

25⁰C

+

_

2. Xử lí kết quả của thí nghiệm kiểm tra

Hình 16.1 mô tả thí nghiệm xác định điện năng sử dụng và nhiệt lượng tỏa ra. Khối lượng nước m₁=200g được đựng trong bình bằng nhôm có khối lượng m₂= 78g và được đun nóng bằng một dây điện trở. Điều chỉnh biến trở để Ampe kế chỉ I=2,4A và kết hợp với số chỉ của Vôn kế biết được điện trở của dây là R=5Ω. Sau thời gian t=300s, nhiệt kế cho biết nhiệt độ tăng Δt=9,5⁰C. Biết nhiệt dung riêng nước là c₁=4200J/kg.K và của nhôm c₂= 880J/kg.K

2. Xử lí kết quả của thí nghiệm kiểm tra

C1:Hãy tính điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian 300s.

Tóm tắt:

m₁= 200g = 0,2kg

m₂= 78g =0,078kg c₁ = 4 200J/kg.K

c₂ = 880J/kg.K

I = 2,4(A)

R = 5(Ω)

t = 300(s)

Δt⁰ = 9,5⁰C

C1: A = ?

C2: Q= ?

C3: So sánh A và Q.

C2: Hãy tính nhiệt lượng Q mà nước và bình nhôm nhận được trong thời gian trên.

C3: Hãy so sánh A và Q và nêu nhận xét, lưu ý rằng có một phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh.

2. Xử lí kết quả của thí nghiệm kiểm tra

C1: Hãy tính điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian 300s.

A = I²Rt

C2: Hãy tính nhiệt lượng Q mà nước và bình nhôm nhận được trong thời gian trên.

Q = m.c.∆t

Q = Q_Nước + Q_Nhôm

2. Xử lí kết quả của thí nghiệm kiểm tra

C1: Điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian trên là:

A = I²Rt = (2,4)².5.300 = 8640 (J)

Tóm tắt:

m₁= 200g = 0,2kg

m₂= 78g =0,078kg c₁ = 4 200J/kg.K

c₂ = 880J/kg.K

I = 2,4(A)

R = 5(Ω)

t = 300(s)

Δt₀ = 9,5⁰C

C1: A = ?

C2: Q= ?

C3: So sánh A và Q.

C2: Nhiệt lượng Q mà nước và bình nhôm nhận được là:

Q = Q₁ + Q₂ = m₁.c₁.∆t₀ + m₂.c₂.∆t₀

=0,2.4200.9,5 + 0,078.880.9,5

= 7980 +652,08 =8632,08 (J)

C3: Hãy so sánh A và Q và nêu nhận xét, lưu ý rằng có một phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh.

A = 8640 J

Q = 8632,08 J

Nếu tính cả phần nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh thì: Q = A

Mối quan hệ giữa Q,I,R và t trên đây đã được nhà vật lí người Anh J.P.Jun (James Prescott Joule, 1818-1889) và nhà vật lí học người Nga H.Len-xơ (Heinrich Lenz, 1804-1865) đã độc lập tìm ra bằng thực nghiệm và được phát biểu thành định luật mang tên hai ông: ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ

J.P.Jun

H.Len-xô

3. 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.

Q = I²Rt

I: là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (A)

t: là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn (s)

Q: là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn (J)

Q = 0,24I²Rt (Cal)

1J = 0,24 Cal ; 1Cal = 4,18J

Trong đó:

Lưu ý: Nếu nhiệt lượng Q đo bằng Calo

R: Là điện trở (Ω)

Để giảm sự tỏa nhiệt của dây dẫn điện, thiết bị điện cần …

Tránh mua

Nên sử dụng dây dẫn điện…

III.VẬN DỤNG

nhỏ hơn

Theo ĐL Jun-Lenxơ, Q tỏa ra tỉ lệ thuận với điện trở R dây.

Nên ở dây đồng Q tỏa ra nhỏ hơn Q tỏa ra ở dây vônfram của đèn, vì vậy dây đồng không nóng còn dây vônfram nóng đỏ và phát sáng.

=> R dây đồng ............... R dây vônfram của đèn

nhỏ hơn

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

Giải:

C5: Một ấm điện có ghi 220V-1000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ nhiệt độ ban đầu là 20^oC. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng toả ra môi trường. Tính thời gian đun sôi nước. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K

Tóm tắt:

U=220V

P =1000W

V = 2l => m = 2kg t⁰₁ = 20⁰C ;

t⁰₂ = 100⁰C;

c = 4200 J/kg.K. t = ?

Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng toả ra môi trường thì:

A = Q =>

P.t = mc(t⁰₂ – t⁰₁) nên

Thời gian đun sôi nước là :

​

​

​

III. VẬN DỤNG

1/ Định luật Jun – Len-xơ cho biết điện năng biến đổi thành:

C. Cơ năng D. Hóa năng

A. Năng lượng ánh sáng B. Nhiệt năng

Chọn đáp án đúng nhất

2/ Trong các biểu thức sau đây, biểu thức nào là của định luật Jun – Lenxơ:

C. Q = IRt D. Q = IR²t

A. Q = I²Rt B. Q = I²R²t

3/ Nếu Q tính bằng calo thì biểu thức nào là của định luật Jun – Len-xơ :

C. Q = I²Rt D. Q = 0,24I²Rt

A. Q = IR²t B. Q = 0,42IR²t

4/ Chọn phép biến đổi đúng:

C. 1J = 3,18cal D. 1 J = 0,24 cal

A. 1J = 0,42cal B. 1cal = 4,8J

Lưu ý: Q = 0,24I²Rt (Cal)

1J = 0,24 Cal ; 1Cal = 4,18J

Bài 1. Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là I = 2,5A.

Bài 1: Cho biết:

R = 80Ω; I = 2,5A.

b) V = 1,5l => m = 1,5kg.

c = 4200J/kg.K;

t₁ = 25⁰C; t₂ = 100⁰C;

t = 20ph = 1200s.

Tính H =?

c) t₂ = 3.30 = 90h;

T₁ = 700đ/1kW.h

Tính T =?

a) t = 1s; Tính Q₁ =?

Bài 1. Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là I = 2,5A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp toả ra trong 1s.

b) Dùng bếp điện trên để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25⁰C thì thời gian đun nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng để đun nước là có ích, tính hiệu suất của bếp. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K

c) Mỗi ngày sử dụng bếp điện này 3 giờ. Tính tiền phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong 30 ngày, nếu g1á 1 kW.h là 700 đồng.

​

Bài 1: Cho biết:

R = 80Ω; I = 2,5A.

b) V = 1,5l => m = 1,5kg.

c = 4200J/kg.K;

t₁ = 25⁰C; t₂ = 100⁰C;

t₁ = 20ph = 1200s.

Tính H =?

c) t₂ = 3.30 = 90h;

T₁ = 700đ/1kW.h

Tính T =?

a) t = 1s; Tính Q₁ =?

Hướng dẫn:

a) Tính Q₁ =?

Q₁ = I²Rt

b) Tính H =?

- Tính Q_ich = cm(t₂- t₁)

- Tính Q_tp = I²Rt₁

A = Pt => N

- Tính tiền điện phải trả: T = N.T₁

- Tính Điện năng bếp tiêu thụ

c) Tính T =?

Q₁ = I²Rt = (2,5)².80.1 = 500J = 0,5(kJ)

b. Tính hiệu suất của bếp:

Q_i = cm(t₂- t₁) = 4200.1,5(100 - 25)= 472500(J)

Q_tp = I²Rt₁ = (2,5)².80.1200 = 600000(J)

c. Tính tiền điện phải trả.

A = Pt = 0,5.3.30 = 45(kW.h)

+ Số tiền phải trả là: T = 45.700 = 31500 (đồng)

a. Nhiệt lượng mà bếp toả ra trong một giây là:

+ Nhiệt lượng cần cung để đun sôi nước là:

+ Nhiệt lượng toàn phần mà bếp toả ra là :

+ Hiệu suất của bếp là:

+ Điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày là:

BÀI GIẢI

Bài 2. Một ấm điện có ghi 220V-1000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ nhiệt độ ban đầu 20⁰C. Hiệu suất của bếp là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để làm đun sôi nước được coi là có ích.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.

b) Tính nhiệt lượng mà ấm điện đã toả ra khi đó.

c) Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

Cho biết:

Ấm điện: 220V-1000W.

U = 220V

V = 2l => m = 2kg.

c = 4200J/kg.K;

t₁ = 20⁰C; t₂ = 100⁰C;

H = 90% = 0,9

c) Tính t = ?

a) Tính Q_i =?

b) Tính Q_tp =?

Bài 2: Cho biết:

Ấm điện: 220V-1000W.

U = 220V

V = 2l => m = 2kg.

c = 4200J/kg.K;

t₁ = 20⁰C; t₂ = 100⁰C;

H = 90% = 0,9

c) Tính t = ?

a) Tính Q_i =?

b) Tính Q_tp =?

Hướng dẫn:

a) Tính Q_i =?

Q_i = cm(t₂ - t₁)

b) Tính Q_tp =?

c) Tính t = ?

Q_tp= P.t =>

BÀI GIẢI

Q_i = cm(t₂ - t₁) = 4200.2.(100-20) = 672000(J)

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 2l nước là:

b) Nhiệt lượng mà ấm điện đã toả ra là:

c) Thời gian đun sôi nước là:

100 ≈ 746700(J)

Q_tp= P.t =>

≈ 747(s)

Bài 3: Đường dây dẫn từ mạng điện chung tới một gia đình có chiều dài tổng cộng 40m và có lõi bằng đồng với tiết diện là 0,5mm². Hiệu điện thế ở cuối đường dây (tại nhà) là 220V. Gia đình này sử dụng các đèn dây tóc nóng sáng có tổng công suất là 165W trung bình 3 giờ mỗi ngày. Biết điện trở suất của dây đồng là 1,7.10^-8 Ω.m

a) Tính điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung đến gia đình.

b) Tính cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây.

c) Tính nhiệt lượng toả ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h.

c) Cho t = 3.30.3600 = 324000s

Tính Q = ?kWh

a) Tính R =?

b) Tính I =?

Q = I²Rt

Q = I²Rt = (0,75)².1,36.324000

= 247860 J = 0,06885 kW.h ≈ 0,07 kW.h

a. Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung đến nhà là:

b. Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là:

c. Nhiệt lượng toả ra trên đường dây là:

BÀI GIẢI

CÓ THỂ EM CHƯA BIẾT

Hãy nêu nguyên tắc hoạt động của cầu chì?

Tiết diện của dây đồng và dây chì được quy định theo cường độ dòng điện định mức:

Cầu chì mắc nối tiếp với mỗi dụng cụ điện, khi có sự cố, cường độ dòng điện tăng lên quá mức cho phép, dây cầu chì sẽ nóng chảy và ngắt mạch tự động tránh được tổn thất.

Bai 17:

ĐỊNH LUẬT

JUN - LENXƠ

A = Q

* Nếu Q tính bằng đơn vị Calo thì hệ thức : Q = 0,24.I²Rt

Giảm hao phí điện do tỏa nhiệt trên điện trở

Củng Cố

HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

- Học bài theo vở ghi và SGK phần ghi nhớ.

• Làm bài tập ở SBT từ bài: 16-17.1 đến 16-17.3 /SBT/tr42
• Dựa vào phần hướng dẫn ở SGK chuẩn bị trước 3 bài tập ở SGK trang 47
• Đọc thêm phần “Có thể em chưa biết”