Năng lượng điện và công suất điện
Tính điện năng tiêu thụ và tiền điện, chọn đúng công thức công suất theo dữ kiện, tính nhiệt toả ra trên điện trở và đọc được số ghi trên thiết bị.
Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 13
⚡ Nhớ nhanh
- 1Điện năng thiết bị tiêu thụ = công của dòng điện: A = UIt = Pt. Đơn vị tính tiền là kWh, 1 kWh = 3,6·10⁶ J.
- 2Công suất điện có ba dạng tương đương: P = UI = I²R = U²/R. Biết gì thì chọn dạng đó.
- 3Joule–Lenz: nhiệt toả ra trên điện trở Q = I²Rt. Dòng gấp đôi thì nhiệt gấp bốn.
- 4Số ghi 220 V – 100 W: chỉ đúng khi thiết bị nối vào đúng 220 V. Hiệu điện thế giảm một nửa thì công suất còn một phần tư.
- 5Tính tiền: đổi công suất sang kW, thời gian sang giờ, rồi nhân với số ngày và giá 1 kWh.
👀 Nhìn là hiểu
Bật tắt thiết bị, kéo số giờ dùng mỗi ngày. Xem kWh, tiền điện đổi theo và thiết bị nào "ngốn" tiền nhất nhà bạn.
Điện năng mỗi tháng (30 ngày)
- 💡 Đèn LED 1,5 kWh
- 🌀 Quạt điện 9 kWh
- 🧊 Tủ lạnh 28,8 kWh
- 🍚 Nồi cơm 18 kWh
- ❄️ Điều hoà 120 kWh
- 🍳 Bếp điện 45 kWh
Giờ dùng mỗi ngày. Giá điện giả định 2000 đồng/kWh (không phải biểu giá thật). Tủ lạnh tính số giờ máy thực sự chạy.
Kết luận
Điều hoà chiếm 54% tiền điện (240 000 đ). Đèn, quạt chạy cả ngày vẫn nhẹ hơn nhiều vì công suất nhỏ.
- Điều hoà: A = 1 kW · 4 giờ = 4 kWh/ngày.
- Một tháng: 4 · 30 = 120 kWh, nhân 2000 = 240 000 đ.
Nhiệt toả trên dây (R = 1 Ω)
Q mỗi giây = I²R = 1² · 1 = 1 J. Làm mốc để so: dòng gấp đôi, gấp ba thì sao?
1 🔌 Điện năng và số đếm công tơ (kWh)
Cần nhớ
- ✦Điện năng thiết bị tiêu thụ chính là công của dòng điện: A = UIt = Pt. Ví dụ: P = 2000 W chạy 3 giờ thì A = 2 kW · 3 h = 6 kWh.
- ✦kilôoát giờ (kWh) là đơn vị năng lượng, không phải công suất. Công tơ điện đếm số kWh.
- ✦1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3,6·10⁶ J. Một chiếc điều hoà 1000 W chạy 1 giờ là 1 kWh.
Điện năng vài thiết bị dùng trong 1 giờ
| Thiết bị | Công suất | Điện năng 1 giờ |
|---|---|---|
| Đèn LED | 10 W | 0,01 kWh |
| Quạt điện | 50 W | 0,05 kWh |
| Tủ lạnh | 120 W | 0,12 kWh |
| Điều hoà | 1000 W | 1 kWh |
| Bình nóng lạnh | 2500 W | 2,5 kWh |
2 ⚡ Công suất điện: chọn công thức theo dữ kiện
Cần nhớ
- ✦Công suất điện: P = UI = I²R = U²/R, đơn vị oát (W). Ví dụ: U = 220 V, I = 0,5 A thì P = 110 W.
- ✦Ba dạng này cùng một đại lượng, chỉ khác dữ kiện cho sẵn. Chọn dạng chỉ dùng số đã biết, đỡ phải tính thêm.
- ✦Đo công suất: ampe kế mắc nối tiếp đo I, vôn kế mắc song song đo U, rồi P = UI.
P = UI. Dùng được cho mọi thiết bị.
P = I²R. Hợp với mạch nối tiếp (cùng một dòng I).
P = U²/R. Hợp với mạch song song (cùng một hiệu điện thế U).
3 🧾 Tính tiền điện
Dạng bài
Tính tiền điện của một thiết bị
- 1 Đổi công suất sang kW (chia 1000) và thời gian dùng sang giờ.
- 2 Điện năng mỗi ngày: A = P(kW) · t(giờ). Nhân với số ngày được điện năng cả tháng.
- 3 Tiền điện = số kWh · giá 1 kWh.
- 4 Kiểm tra: tính lại bằng Wh rồi chia 1000 ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Quên đổi W sang kW: 1000 W · 1,5 giờ = 1500 "kWh" rồi nhân 2000 ra 3 triệu đồng một ngày. Chia 1000 trước: 1 kW · 1,5 h = 1,5 kWh.
Bếp điện 220 V – 1000 W dùng 1,5 giờ mỗi ngày. Tính tiền điện 30 ngày, giá 2000 đồng/kWh (giá giả định).
Hướng dẫn giải
4 🔥 Nhiệt toả ra trên dây (Joule–Lenz)
Cần nhớ
- ✦Nhiệt lượng toả ra trên điện trở: Q = I²Rt (Q tính bằng J, t tính bằng giây).
- ✦Q tỉ lệ với bình phương dòng điện: I gấp đôi thì Q gấp bốn, I gấp ba thì Q gấp chín.
- ✦Đó là lí do dây dẫn bị quá tải (dòng lớn) nóng lên và cháy rất nhanh.
Dạng bài
Tính nhiệt lượng toả ra
- 1 Đổi thời gian sang giây.
- 2 Tính I² trước (bình phương dòng điện).
- 3 Q = I² · R · t.
- 4 Kiểm tra: đổi sang kJ cho gọn rồi xem số mũ đã bình phương chưa ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Viết Q = IRt: với I = 3 A, R = 20 Ω, t = 600 s ra 36 000 J, thiếu mất hai phần ba. Dòng điện phải bình phương.
Dòng I = 3 A qua điện trở R = 20 Ω trong 10 phút. Tính nhiệt lượng toả ra.
Hướng dẫn giải
5 🏷️ Số ghi trên thiết bị
Cần nhớ
- ✦220 V – 1000 W nghĩa là: khi nối vào đúng 220 V thì công suất là 1000 W. Đây là giá trị định mức.
- ✦Từ số ghi tính được điện trở: R = U²/P. Bóng 220 V – 100 W có R = 220²/100 = 484 Ω.
- ✦Nối vào hiệu điện thế khác thì công suất đổi theo P = U²/R: U còn một nửa thì P còn một phần tư.
Dạng bài
Công suất thực khi hiệu điện thế khác định mức
- 1 Từ số ghi tính R = U²/P (R coi như không đổi).
- 2 Thay hiệu điện thế thực vào P′ = U′²/R.
- 3 Hoặc so tỉ lệ: P′/P = (U′/U)².
- 4 Kiểm tra: bằng cách còn lại cho cùng kết quả ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Nghĩ U giảm một nửa thì P giảm một nửa (50 W). Công suất tỉ lệ với U² nên còn một phần tư, tức 25 W.
Bóng đèn 220 V – 100 W cắm vào nguồn 110 V. Tính công suất của bóng.
Hướng dẫn giải
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần cách làm.
Điện năng và kWh
- 1Nhận biết
Điện năng tiêu thụ của thiết bị được tính bằng:
- 2Thông hiểu
1 kWh bằng:
- 3Thông hiểu Đèn LED 10 W bật trong 5 giờ tiêu thụ kWh.
- 4Vận dụng
Thiết bị 2000 W chạy 3 giờ tiêu thụ:
Chọn công thức công suất
- 1Nhận biết
Biết hiệu điện thế U và điện trở R của thiết bị, công suất tính nhanh nhất bằng:
- 2Thông hiểu Bóng đèn dưới hiệu điện thế 220 V có dòng 0,5 A. Công suất P = W.
- 3Thông hiểu Dòng 3 A chạy qua điện trở 20 Ω. Công suất toả ra P = W.
- 4Vận dụng
Hai điện trở R₁ = 10 Ω và R₂ = 20 Ω mắc nối tiếp. So sánh công suất của chúng:
Tính tiền điện
- 1Thông hiểu Bếp điện 1000 W dùng 1,5 giờ mỗi ngày, 30 ngày dùng hết kWh, tiền điện (giá 2000 đồng/kWh) là đồng.
- 2Thông hiểu Quạt 50 W chạy 8 giờ mỗi ngày. Một tháng (30 ngày) quạt tiêu thụ kWh.
- 3Vận dụng Điều hoà 1000 W chạy 4 giờ mỗi ngày. Tiền điện 30 ngày (giá 2000 đồng/kWh) là đồng.
- 4Vận dụng Một nhà dùng 150 kWh trong tháng và trả 300 000 đồng. Giá điện là đồng/kWh.
- 5Vận dụng Bình nóng lạnh 2500 W bật 0,5 giờ: điện năng kWh, tiền (giá 2000 đồng/kWh) đồng.
Nhiệt toả ra (Joule–Lenz)
- 1Nhận biết
Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R khi có dòng I chạy qua trong thời gian t là:
- 2Thông hiểu
Dòng qua điện trở tăng gấp 2, trong cùng thời gian nhiệt lượng toả ra:
- 3Thông hiểu Dòng 2 A qua điện trở 10 Ω trong 5 phút toả nhiệt Q = J.
- 4Thông hiểu
Dây dẫn bị quá tải (dòng quá lớn) dễ cháy vì:
- 5Vận dụng Dây R = 0,5 Ω có dòng 10 A chạy trong 2 phút toả Q = J. Nếu dòng tăng lên 20 A thì Q = J.
Số ghi trên thiết bị
- 1Nhận biết
Bàn là ghi 220 V – 1100 W. Số 1100 W cho biết:
- 2Thông hiểu Bóng đèn 220 V – 100 W có điện trở R = Ω.
- 3Thông hiểu Bàn là 220 V – 1100 W khi hoạt động đúng định mức có dòng điện I = A.
- 4Vận dụng Bóng đèn 220 V – 100 W cắm vào nguồn 110 V thì công suất chỉ còn W.
🎯 Chủ điểm này ra kiểm tra và thi chuyên thế nào?
- •Bài kiểm tra thường hay có bài tính tiền điện của vài thiết bị trong một tháng. Điểm mất chủ yếu ở bước đổi W sang kW và phút sang giờ.
- •Hay có câu hỏi chọn công thức công suất theo dữ kiện, và bài thiết bị dùng sai hiệu điện thế so với số ghi (P tỉ lệ U²).
- •Joule–Lenz thường ra dạng tính Q hoặc giải thích vì sao dây quá tải nóng. Đề thi vào lớp chuyên Lí hay kết hợp với nhiệt học (đun nước, tính hiệu suất).
6. Cảm ứng điện từ, dòng điện xoay chiều và các tác dụng