Lý 9 Bài 16: Định luật Jun- Lenxo

Dòng điện chạy qua vật dẫn thường gây ra  tác dụng nhiệt. Nhiệt lượng này tỏa ra khi đó phụ thuộc vào các yếu tố nào? Tại sao với cùng một dòng điện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lên tới nhiệt độ cao, còn dây nối bóng đèn hầu như không nóng lên? Để trả lời được các câu hỏi trên mời các em cùng nghiên cứu bài học.

Lý 9 Bài 16: Định luật Jun- Lenxo

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Điện năng biến đổi thành nhiệt năng

a) Một phần điện năng được biến đổi thành nhiệt năng

- Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành năng lượng ánh sáng.

  • Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn compac...

Bóng đèn

- Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng.

  • Ví dụ: Máy bơm nước, máy khoan, quạt điện...

Máy bơm, máy khoan và quạt điện

b) Toàn bộ điện năng được biến đổi thành nhiệt năng

- Dụng cụ hay thiết bị điện có thể biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng.

  • Ví dụ: Bình nước nóng, nồi cơm điện, bàn là, ấm điện...

Bình nước nóng, nồi cơm điện, bàn là và ấm điện

1.2. Định luật Jun – Len – Xơ

- 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.

- Hệ thức của định luật: Q = I2.R.t

+ Trong đó: R là điện trở của vật dẫn (Ω)

  • I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A)
  • t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn (s)
  • Q là nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn (J)

- Mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal): 1 J = 0,24 cal, 1 cal = 4,18 J

- Lưu ý: Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun– Len – xơ là: Q = 0,24.I2.R.t

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Xác định điện trở của vật dẫn

Thời gian đun sôi 1,5 lít nước của một ấm điện là 10 phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220 V. Tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước thì cần nhiệt lượng là 420000 J.

Hướng dẫn giải

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 1,5 lít nước là:

Q = 420000.1,5 = 630000 J

Theo công thức tính nhiệt lượng tỏa ra của ấm ta có:

\(\begin{array}{l} Q = {I^2}Rt\,hay\,Q = \frac{{{U^2}}}{R}t\\ \Rightarrow R = \frac{{{U^2}t}}{Q} = \frac{{{{220}^2}.10.60}}{{630000}} = 46,1\,\Omega \end{array}\)

2.2. Dạng 2: Xác định nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở

Dòng điện có cường độ 2 mA chạy qua một điện trở 3 kΩ trong thời gian 10 phút thì nhiệt lượng toả ra ở điện trở này là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

2 mA = 0,002 A; 3 kΩ = 3000 Ω; 10 phút = 600 s

Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở là:

Q = I2.R.t= (0,002)2.3000.600 = 7,2 J 

3. Luyện tâp

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Dây xoắn của một bếp điện dài 7 m, tiết diện 0, 1 mm2 và điện trở suất là 1, 1.10-6 \(\Omega \).m.

a) Tính điện trở của dây xoắn.

b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian 25 phút khi mắc bếp điện vào hiệu điện thế 220 V.

c) Trong thời gian 25 phút, nếp này có thể đun sôi bao nhiêu lít nước từ nhiệt độ 25oC. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt. 

Câu 2: Dây điện trở của một bếp làm bằng nicrom có điện trở suất 1, 1.10-6 \(\Omega \).m chiều dài 3 m, tiết diện 0,05 mm2.

a) Tính điện trở của dây.

b) Bếp sử dụng ở hiệu điện thế U = 220 V. Hãy tính công suất của bếp điện, từ đó suy ra nhiệt lượng tỏa ra của bếp trong 30 phút. 

Câu 3: Hai điện trở R1 = R2 = 100 \(\Omega \). Người ta mắc hai điện trở đó lần lượt bằng hai cách: song song và nối tiếp rồi nối vào mạch điện có hiệu điện thế 100 V

a) Tính dòng điện qua các điện trở trong mỗi trường hợp.

b) Xác định nhiệt lượng tỏa ra trên mỗi điện trở trong hai trường hợp trong thời gian 30 phút. Có nhận xét gì về kết quả tìm được. 

Câu 4: Một dây dẫn bằng vonfam có điện trở suất 5, 5.10-8 \(\Omega \).m đường kính tiết diện là d = 1 mm và chiều dài là l = 10 m, đặt dưới hiệu điện thế U = 70 V.

a) Tính điện trở của dây.

b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây trong 20 phút theo đơn vị Jun và calo. 

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Một điện trở 20 \(\Omega \) được mắc vào nguồn có hiệu điện thế không đổi U. Sau 1 h đóng mạch điện, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở đó là 432 kcal. Tìm U

A. 200V                      B. 250V                      C. 220V                      D. 100V

Câu 2: Một mạch điện có hai điện trở R1 = 10 \(\Omega \), R2 = 15 \(\Omega \) mắc nối tiếp với nhau. Cho dòng điện qua mạch sau một thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở R1 là 4000J. Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên toàn mạch.

A. 10000 J                   B. 2100 J                     C. 450 kJ                     D. 32 kJ

Câu 3: Một mạch điện có hai điện trở R1 = 10 \(\Omega \), R2 = 15 \(\Omega \) mắc song song  với nhau. Cho dòng điện qua mạch sau một thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở R2 là 4000 J. Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên toàn mạch.

A. 750 kJ                     B. 7,5 kJ                     C. 2400 J                      D. 57000 J

Câu 4: Dùng một ấm điện để đun sôi 3 lít nước ở nhiệt độ 25oC. Muốn đun sôi  trong thời gian 20 phút thì công suất của ấm là bao nhiêu? Biết rằng hiệu suất là 70%? Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K

A. 12 W                       B. 2314 W                    C. 1125 W                    D. 43 W

4. Kết luận

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Định luật Jun  - Len-Xơ cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được: 

  • Trường hợp điện năng biến đổi thành nhiệt năng
  • Nêu được tác dụng nhiết của dòng điện.
  • Định luật Jun-Len xơ và vận dụng được định luật này để giải các bài tập về tác dụng nhiệt của dòng điện.
Ngày:20/07/2020 Chia sẻ bởi:Xuân Quỳnh

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM