Giải bài tập SGK Vật lý 9 Bài 17: Bài tập vận dụng định luật Jun- Lenxơ

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

a. Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 s

b. Dùng bếp điện trên để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25° C thì thời gian đun nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để lun sôi nước là có ích, tính hiệu suất của bếp. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/kg.K.

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

Phương pháp giải

Để tính tiền điện phải trả ta áp dụng:

• Công định luật Jun - Len -xơ : Q = I²Rt
• Công thức tính hiệu suất : H = Q_i/Q_tp
• Công thức tính điện năng : A = Pt

Hướng dẫn giải

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

Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s là Q = I²Rt = 2,5².80.1 = 500 J.

b) Tính hiệu suất của bếp.

• Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là Q_tp = Q.20.60 = 600000 J. (20 phút = 20. 60s)
• Nhiệt lượng cần để đun sôi lượng nước đã cho là:

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

• Hiệu suất của bếp là: H =  = 78,75 %.

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

• Lượng điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày (theo đơn vị kW.h) là:

A = Pt = 500.30.3 = 45000 W.h = 45 kWh

• Tiền điện phải trả là: T = 45.700 = 315000 đồng.

a) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s là Q = 500 J.

b) Hiệu suất của bếp là: H = 78,75 %.

c) Tiền điện phải trả là 315000 đồng.

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 20°C. Hiệu suất của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để 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 4200 J/kg.K.

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

c. Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên:

a) Áp dụng công thức Q_i = cm(t₂ – t₁) tính nhiệt lượng Qi cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên.

b) Từ công thức H =  ⇒ Q_tp 

c) Từ công thức Q_tp = A = Pt ⇒ t.

Hướng dẫn giải

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

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên là:

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

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

Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là:

Từ công thức H =  => Q_tp =  = 746700 J

c) Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

Thời gian đun sôi lượng nước trên là:

Ta có: Q_tp = A = Pt ⇒ t =  ≈ 747 s.

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên là Q_i = 672000 J.

b) Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là H = 746700 J.

c) Thời gian đun sôi lượng nước trên là t ≈ 747 s.

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

a. Tính điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới 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 tỏa ra trên dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kWh.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần:

a) Áp dụng công thức R=ρl/S.

b) Áp dụng công thức P = UI ⇒ I

c) Áp dụng công thức Q = I²Rt 

Hướng dẫn giải

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

Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình là:

R = \(\rho \frac{l}{S}\) = \(1,{7.10^{ - 8}}.\frac{{40}}{{0,{{5.10}^{ - 6}}}}\)= 1,36 Ω.

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

Cường độ dòng điện chạy trong đường đây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây là:

Từ công thức P = UI, suy ra \(I = \frac{P}{U} = \frac{{165}}{{220}} = 0,75A\)

c) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kWh.

Nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h là:

Q = I²Rt = 0,75².1,36. 30.3 = 68,9 W.h ≈ 0,07 kWh.

a) Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình là: R= 1,36 Ω.

b) Cường độ dòng điện chạy trong đường đây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây là: \(I = 0,75A\)

c) Nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h là: Q ≈ 0,07 kWh.