Bài 11. Định luật Jun – Len-Xơ. Sử dụng an toàn và tiết kiệm điện

Giới thiệu bài học

Bài giảng Định luật Jun – Len-Xơ. Sử dụng an toàn và tiết kiệm điện sẽ giúp các em nắm được nội dung kiến thức:

- Định nghĩa và hệ thức của định luật Jun - Len-Xơ

- Vận dụng định luật Jun - Len-Xơ để giải thích một số hiện tượng đơn giản về nhiệt lượng tỏa ra của một dây dẫn khi có dòng điện chạy qua

- Các biện pháp thông thường để sử dụng an toàn và tiết kiệm điện năng

Nội dung bài học

I. Tóm tắt lý thuyết trong bài giảng

1. Định luật Jun - Len - xơ

Quan sát các thiết bị sử dụng điện thì khi điện năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác luôn kéo theo tác dụng nhiệt.

Do vậy cần xem xét sự chuyển hóa Điện năng \[ \to \] Nhiệt năng

a. Điện năng biến đổi thành nhiệt năng

Ta có A_tp = A_ích + A _{vô ích}

* Một phần Điện năng  \[ \to \] Nhiệt năng

VD: bóng đèn khi sáng, máy bơm, máy khoan, quạt điện khi hoạt động, ...

* Toàn bộ Điện năng  \[ \to \] Nhiệt năng

VD: bếp điện, mỏ hàn, bàn là khi hoạt động, ...

Nhận xét:

Bộ phận chính là đoạn dây bằng Hợp kim Nikelin (r = 0,4.10^-6Ω.m) hoặc Contantan (r = 0,5.10^-6Ω.m)

So sánh với điện trở suất của đồng (r = 1,7.10^-8Ω.m), của nhôm (r = 2,8.10^-8Ω.m) thì các dây hợp kim này có điện trở suất lớn hơn nhiều lần (khoảng 100 lần

b. Hệ thức của định luật

Xét nhiệt lượng Q tỏa ra ở dây dẫn có điện trở R khi có dòng điện I chạy qua trong thời gian t

Suy ra Q = I².R.t

Đơn vị: Q (J)               I (A)                R(Ω)                t(s)

Ngoài ra nhiệt lượng Q còn dùng đơn vị Calo: 1J = 0,24 Cal

2. Sử dụng an toàn và tiết kiệm điện

a. Quy tắc an toàn

• Cần phân biệt được vật liệu cách điện và vật liệu dẫn điện:

+ VL dẫn điện: kim loại, hợp kim của chúng

+ VL cách điện: sứ, nhựa, gỗ khô, giấy, vải, ...

• Hiệu điện thế an toàn khi làm thí nghiệm là U < 40V
• Với mạng điện gia đình là 220V nên các thiết bị cần phải mắc qua cầu chì hoặc aptomat để bảo vệ
• Chỉ tiếp xúc, sửa chữa điện khi thiết bị được ngắt điện
• Khi tiếp xúc với điện tay phải khô và đảm bảo cách điện giữa người và nền nhà, tường
• Nối đất vỏ kim loại của thiết bị điện

b. Sử dụng tiết kiệm điện năng

* Tác dụng:

• Giảm chi phí cho tiền điện
• Nâng cao tuổi thọ của dụng cụ, thiết bị điện
• Giảm các sự cố về điện (đặc biệt vào giờ cao điểm)
• Dành phần điện năng tiết kiệm cho sản xuất
• Tránh lãng phí tài nguyên
• Góp phần bảo vệ môi trường

* Biện pháp:

Từ công thức A = P.t đề xuất các biện pháp sau:

• Lựa chọn dụng cụ và thiết bị có công suất phù hợp
• Sử dụng chúng trong khoảng thời gian cần thiết
• Tắt các thiết bị khi không sử dụng

II. Ví dụ trong bài giảng

Câu 1:  Một lò sưởi điện ghi 220V - 880W được sử dụng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ mỗi ngày.

1. Tính điện trở của dây nung lò sưởi và cường độ dòng điện chạy qua nó khi đó
2. Tính nhiệt lượng mà lò sưởi này tỏa ra trong mỗi ngày?

Lời giải:

1. Điện trở của dây nung lò sưởi

\[R=\frac{{{U}^{2}}}{P}=\frac{{{220}^{2}}}{880}=55\Omega \]

Cường độ dòng điện:

\[I=\frac{P}{U}=\frac{880}{220}=4\text{A}\]

1. Nhiệt lượng mà lò sưởi này tỏa ra trong mỗi ngày

Q = I².R.t

Thay số

Q = 4².44.(4.3600) = 12 672 000 J = 12 672 kJ

Câu 2: Dùng bếp điện 220V - 600W để đung sôi 1,5l nước ở 20^oC. Biết nhiệt dung riêng của nước c = 4200 j/kg.K, hiệu suất bếp 60%. Tính thời gian đun sôi nước?

            Lời giải:

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 1,5l nước

Q₀ = m.c.(t-t₀)

Thay số:          m = 1,5 kg                   t = 100^oC

                        c = 4200 J/kg.K           t₀ = 20^oC

Suy ra Q₀ = 1,5.4200.(100-20) = 504 000 J

Vì hiệu suất của bếp H = 60% nên nhiệt lượng bếp tỏa ra \[Q=\frac{{{Q}_{0}}}{H}=\frac{504000}{0,6}=840000J\]

Mà Q = I².R.t = P.t = 600.t

\[\Rightarrow t=\frac{Q}{600}=\frac{840000}{600}=1400s=23phut20s\]