Công thức tính công suất tỏa nhiệt trong Vật Lý 11 và bài tập minh họa
Trong chương trình Vật lý phổ thông lớp 11, phần kiến thức liên quan đến công suất tỏa nhiệt khiến nhiều học sinh bối rối khi mới tiếp cận. Bài viết sau đây sẽ giới thiệu một cách thật chi tiết các công thức tính công suất tỏa nhiệt cùng bài tập áp dụng đi kèm để các bạn nắm được gốc của vấn đề.
1. Tổng quan các công thức tính công suất tỏa nhiệt
Hình minh họa công suất tỏa nhiệt.
Như định nghĩa của sách giáo khoa, khi có dòng điện đi qua công suất tỏa ra vật dẫn được gọi là công suất tỏa nhiệt. Đại lượng này được tính bằng nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn trong một đơn vị thời gian và đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn.
Suy ra ta có công thức của công suất tỏa nhiệt như sau: P = Q/t = R.I^2
Trong đó ta có:
-
P: công suất, đơn vị W.
-
Q: nhiệt lượng, đơn vị J.
-
R: điện trở, đơn vị Ω.
-
I: cường độ dòng điện, đơn vị là A.
Công thức tính công suất tỏa nhiệt - công suất tỏa nhiệt là gì.
2. Định luật Jun-Len-xơ
Vì sao gọi là định luật Jun-len-xơ?
Vào năm 1841, Jun đã tiến hành nghiên cứu sự phát nhiệt của dòng điện dựa trên các nghiên cứu của mình và từ gợi ý của Faraday cũng như nhiều nhà vật lý học khác nhau khi còn là một nhà nghiên cứu nghiệp dư. Nhà vật lý học Jun đã khám phá ra sự liên hệ giữa nhiệt lượng tỏa ra từ dây dẫn và cường độ dòng điện, từ đó định luật Jun ra đời sau nhiều năm nghiên cứu.
Sau đó, năm 1844, nhà vật lý học Len-xơ đã tiến hành hàng loạt các nghiên cứu và phát biểu thành định luật Len-xơ tương tự với định luật Jun để khẳng định tính đúng đắn của định luật này. Đây chính là lý do vì sao định luật sau cùng lại có tên là Jun-len-xơ.
Nội dung và hệ quả Jun-len-xơ
Nếu vật dẫn hoặc đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R thì điện năng mà đoạn mạch hoặc vật dẫn tiêu thụ sẽ hoàn toàn chuyển hóa thành nhiệt năng.
Nội dung định luật Jun-len-xơ: Khi một dòng điện chạy qua nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.
Công thức suy ra từ định luật: Q = I^2.R.t
Trong đó ta có:
-
Q là nhiệt lượng tỏa ra ( J )
-
I là cường độ dòng chạy qua dây dẫn ( A )
-
R là điện trở của dây dẫn ( Ω )
-
t là kí hiệu thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn (s)
3. Bài tập tính công suất tỏa nhiệt với lời giải chi tiết
Để hiểu rõ các định nghĩa và công thức vừa học, chúng ta cùng giải một số bài tập sau.
Bài tập 1: Trên một bóng đèn dây tóc có ghi là 806Ω - 60W
-
Hãy cho biết các số ghi trên đèn có ý nghĩa gì trong Vật lý. Tính hiệu điện thế tối đa có thể được đặt vào 2 đầu của đèn mà đèn vẫn hoạt động bình thường. Để đèn hoạt động sáng bình thường thì cần cường độ dòng điện đi qua là bao nhiêu.
-
Cài bóng đèn này vào hiệu điện thế 200V. Biết điện trở của bóng đèn không thay đổi đáng kể. Tính công suất của đèn.
Giải
-
Số 700Ω ghi trên đèn chính là điện trở của dây tóc bóng đèn và 60W là công suất cực đại của đèn.
P = U^2/R => U= 220V
I = P/U = 0,273 A
-
P2 = U2^2 / R = 49,6 W
Bài tập 2: Một bàn ủi được sử dụng 30 phút thì tiêu thụ lượng điện năng là 1440 kJ ở hiệu điện thế định mức 220V. Tính:
-
Công suất của bàn là
-
Điện trở và dòng điện đi qua bàn ủi
Giải
-
P = A/t = 800 (W)
-
R =U^2/P = 60,5Ω
I = P/U = 40/11A
Phía trên là các công thức tính công suất tỏa nhiệt mà bạn cần nắm để giải được các bài tập Vật lý 11 cơ bản nhất. Mong rằng thông qua phần kiến thức lí thuyết cùng các bài tập ví dụ đi kèm sẽ giúp bạn dễ dàng đưa ra hướng giải hơn khi gặp các bài toán dạng này. Hẹn gặp bạn ở các bài chia sẻ kiến thức Vật lý tiếp theo!
