Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng

Công suất điện và điện năng sử dụng là hai khái niệm quan trọng trong lĩnh vực điện lực. Các dạng bài tập liên quan đến hiện tượng này là phần kiến thức các em học sinh cần nắm được trong chương trình kiến thức lớp 9 và để chuẩn bị tốt cho kì thi vào lớp 10. Với mục đích tóm tắt lại kiến kiến bài học để giúp các em học sinh nắm bắt bài học dễ hơn, bài viết này của THPT Lê Hồng Phong sẽ bao gồm phần lý thuyết và lời giải chi tiết các bài tập trong sách giáo khoa.

I. Lý thuyết

1. Công thức tính công suất điện

Đơn vị của công suất là oát (W).

Ngoài ra cũng thường sử dụng các đơn vị kilôoát (kW), mêgaoát (MW).

1 kW = 1000 W, 1 MW = 1000000 W

2. Công thức tính điện năng

A = P.t = U.I.t

Đơn vị của công là Jun (J) tức là oát.giây (W.s).

Ngoài ra còn sử dụng các đơn vị kJ, Wh, kWh

1 kJ = 1000 J, 1 Wh = 3600 J, 1 kWh = 3600000 J

II. Phương pháp giải

1. Tính công suất điện

a) Tính công suất điện của một điện trở hay một đoạn mạch

b) Tính công suất điện của một dụng cụ khi hoạt động ở hiệu điện thế khác với hiệu điện thế định mức

– Tính điện trở theo công thức:

– Tính công suất:

2. Tính điện năng

a) Tính điện năng tiêu thụ của dụng cụ:

A = P.t = U.I.t = I².R.t

b) Tính điện năng có ích của động cơ

A_ci = H.A_tp

Trong đó H là hiệu suất của động cơ

A_tp là công do dòng điện sinh ra

Lưu ý: Khi tính tiền điện hay điện năng với đơn vị là kWh thì ta đổi đơn vị tính của công suất P theo kW và của thời gian t theo giờ (h).

III. Bài tập

Bài 1 – 40 SGK Vật Lý 9:

Khi mắc một bóng đèn vào hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ là 341mA.

a) Tính điện trở và công suất của bóng đèn khi đó.

b) Bóng đèn này được sử dụng như trên, trung bình 4 giờ trong 1 ngày. Tính điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 30 ngày theo đơn vị jun và số đếm tương ứng của công tơ điện.

Tóm tắt:

U = 220V; I = 341mA = 341.10^-3A

a) R = ?

b) t₀ = 4h/1ngày ; t = 4.30 = 120h; A = ?J = ?kW.h

Lời giải:

a) Điện trở của bóng đèn được tính theo công thức:

Công suất của bóng đèn khi đó là:

b) Điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 30 ngày, mỗi ngày 4 giờ là:

Mỗi số đếm của công tơ điện là 1kWh, nên muốn tìm số đếm tương ứng của công tơ điện ta phải tính điện năng theo đơn vị kWh

Khi đó

Vậy số đếm tương ứng của công tơ điện là 9 số

Bài 2 – 40 SGK Vật Lý 9:

Một đoạn mạch gồm một bóng đèn có ghi 6V – 4,5W được mắc nối tiếp với một biến trở và được đặt vào hiệu điện thế không đổi 9V như hình 14.1. Điện trở của dây nối và ampe kế là rất nhỏ.

a) Đóng công tắc K, bóng đèn sáng bình thường. Tính số chỉ của ampe kế.

b) Tính điện trở và công suất tiêu thụ điện của biến trở khi đó.

c) Tính công của dòng điện sản ra ở biến trở và ở toàn đoạn mạch trong 10 phút.

Tóm tắt:

U_đm = 6V; P_đm = 4,5W; U = 9V;

a) K đóng, đèn sáng bình thường; I_A = ?

b) R_bt = ?; P_bt = ?

c) t = 10 phút =10.60 = 600s; A_bt = ?; A_đm = ?

Lời giải:

a) Khi đóng công tắc K, bóng đèn sáng bình thường, có nghĩa là cường độ dòng điện qua bóng đèn đúng bằng cường độ dòng điện định mức, và đó cũng là chỉ số của ampe kế.

Ta có: I_đm = P/U_đm = 4,5/6 = 0,75A

b) Đèn sáng bình thường có nghĩa là hiệu điện thế trên hai đầu bóng đèn đúng bằng hiệu điện thế định mức, do đó hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở được tính là U_bt = U – U_đ = 9 – 6 = 3V

Điện trở của biến trở khi ấy là: 

Công suất tiêu thụ của biến trở là P_bt = U_bt.I_bt = 3.0,75 = 2,25W

c) Công của dòng điện sản ra trên biến trở trong 10 phút là:

A_bt = P_btt = 2,25.10.60 = 1350J

Công của dòng điện sản ra trên toàn đoạn mạch trong 10 phút là:

A_đm = P_mt = U_mI_mt = 9.0,75.10.60 = 4050J

→ Điện trở bàn là:

Hai thiết bị ghép song song nên điện trở tương đương của mạch là:

b) Đổi 1 giờ = 3600s

Điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ theo đơn vị jun là:

Ta có 1kWh = 3600000J

Điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ theo đơn vị kWh là:

A = 3960000/3600000 = 1,1 kWh