Cách Tìm Điện Năng, Công Năng Của Dòng điện? Bài Tập Vận Dụng

Điện năng và công năng đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường, tính toán và hiểu về hiệu suất và tác động của điện trong các mạch điện. Bài viết này sẽ giới thiệu về cách tìm điện năng và công năng của dòng điện và cung cấp một số bài tập vận dụng.

I. Kiến thức trọng tâm

1. Điện năng của dòng điện

1.1 Định nghĩa

– Định nghĩa: Điện năng là năng lượng của dòng điện.

– Dòng điện có năng lượng vì nó có khả năng thực hiện công, cũng như có thể làm thay đổi nhiệt năng của vật

1.2 Sự chuyển hóa năng lượng thành các dạng năng lượng khác

– Điện năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác: trong đó có phần năng lượng có ích và phần năng lượng vô ích

– Tỉ số giữa phần trăm năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng và toàn bộ điện năng tiêu thụ được gọi là hiệu suất sử dụng điện năng:

Trong đó:

• Ai là năng lượng có ích
• Ahp là năng lượng hao phí vô ích
• Atp là năng lượng toàn phần được chuyển hóa từ điện năng

2. Công năng của dòng điện

2.1 Định nghĩa công năng

– Định nghĩa: Công của dòng điện sản ra trong một đoạn mạch là số đo lượng điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

2.2 Công thức tính công của dòng điện

– Công thức tính:

A = P.t = U.I.t

•  A: Công (J)
•  P: Công suất (W)
•  U: Hiệu điện thế (V)
• I: Cường độ dòng điện (A)
•  t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)
•  Công của dòng điện đo bằng Jun (J):
• 1J = 1W.1s = 1V.1A.1s; 1kW.h = 1000W.3600s = 3600000J = 3,6.106J

3. Phương pháp giải bài tập

– Áp dụng công thức tùy theo từng bài. Công thức thường sử dụng trong giải bài tập:

Chú ý: Khi các dụng cụ dùng điện hoạt động bình thường, tức là sử dụng hiệu điện thế đúng bằng hiệu điện thế định mức thì công suất tiêu thụ thực tế mới đúng bằng công suất định mức của nó.

4. Bài tập vận dụng

Bài tập 1

Một bóng đèn có ghi 220V – 75W được thắp sáng liên tục có hiệu điện thế 220V trong 4 giờ. Tính lượng điện năng mà bóng đèn này sử dụng và số đếm của công tơ trong trường hợp này.

Lời giải

Theo bài: P = 75W; U=220V; t=4 giờ

– Lượng điện năng mà bóng đèn sử dụng là: A = P.t = 75.4 = 300(Wh) = 0,3(kWh).

⇒ Số đếm của công tơ tăng lên 0,3.

Bài tập 2: 

Một bóng đèn dây tóc loại 220V – 100W và một bóng đèn neon loại 220V – 16W. Được sử dụng ở hiệu điện thế là 220V.

a) Muốn chúng sáng bình thường thì phải mắc chúng như thế nào?

b) So sánh số tiền phải trả cho mỗi bóng trong thời gian một tháng và cho nhận xét. Biết 1 tháng có 30 ngày, mỗi ngày thắp sáng trong 6 giờ và giá tiền điện là 1000 đồng/1 kW.h

Lời giải

Để bóng đèn dây tóc và bóng đèn neon sáng bình thường ở hiệu điện thế là 220V, chúng cần được mắc như sau:

– Bóng đèn dây tóc: Mắc song song với điện áp 220V.
– Bóng đèn neon: Mắc song song với điện áp 220V.
b) Để tính số tiền phải trả cho mỗi bóng trong thời gian một tháng, ta cần tính toán điện năng tiêu thụ của mỗi bóng đèn và sau đó nhân với giá tiền điện.

– Bóng đèn dây tóc: Điện năng tiêu thụ của bóng đèn dây tóc trong 6 giờ là: 100W x 6 giờ = 600Wh = 0.6kWh/ngày.
Số tiền phải trả cho bóng đèn dây tóc trong một tháng (30 ngày) là: 0.6kWh x 30 ngày x 1000 đồng/kWh = 18,000 đồng.

– Bóng đèn neon: Điện năng tiêu thụ của bóng đèn neon trong 6 giờ là: 16W x 6 giờ = 96Wh = 0.096kWh/ngày.
Số tiền phải trả cho bóng đèn neon trong một tháng (30 ngày) là: 0.096kWh x 30 ngày x 1000 đồng/kWh = 2,880 đồng.

Vậy, số tiền phải trả cho bóng đèn dây tóc trong một tháng là 18,000 đồng và số tiền phải trả cho bóng đèn neon là 2,880 đồng.

Bài tập 3

Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V-100W.
a) Tính điện năng sử dụng trong 30 ngày khi thắp sáng bình thường bóng đèn này mỗi ngày 4 giờ.
b) Mắc nối tiếp 2 bóng đèn cùng loại trên đây vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất của đoạn mạch nối tiếp này và tính công suất của mỗi bóng đèn khi đó.
c) Mắc nối tiếp bóng đèn trên đây với một bóng đèn dây tóc khác có ghi 220V-75W vào hiệu điện thế 220V. Hỏi các bóng đèn này có thể bị hỏng không? Nếu không, hãy tính công suất của đoạn mạch này và công suất của mỗi đèn.
Cho rằng điện trở của các bóng đèn trong trường hợp b và c trên đây có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

Lời giải

Điện năng sử dụng trong 30 ngày
Áp dụng công thức A=P.t=100.4.30.3600=43,2.106J.
b) Do hai đèn giống nhau mắc nối nên ta có R1=R2 = 484Ω
– Điện trở tương đương của đoạn mạch theo công thức Rtđ= R1+R2= 484+ 484 = 968Ω
– Công suất của toàn mạch theo công thức P=50W
– Do hai đèn giống nhau nên P=P1+P2=2P1 = 50W =>  P1= P2 = 25W
c) Mắc nối tiếp hai đèn loại 220 V – 100 W và 220 V – 75 W vào hiệu điện thế 220 V.
– Điện trở của đèn thứ nhất là R1 = 484 Ω và của đèn thứ hai là R2 = 645,3 Ω.
– Cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là I = 0,195 A= I1 =I2
– Hiệu điện thế đặt lên hai đèn tương ứng là U1 = I1.R1= 0,195. 484= 94,4 V và U2 = I2.R2= 0,195. 645,3= 125,8 V.
– Vậy các hiệu điện thế này điều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của mỗi đèn là 220 V nên các đèn không bị hỏng.
Công suất của đoạn mạch là Pđm =U.I= 42,9 W
Công suất của đèn thứ nhất là P1 = U1.I1 =  18,4 W
Công suất của đèn thứ hai là P2 = U2.I2 =  24,5 W

Lời kết

Trên đây là toàn bộ kiến thức về điện năng và công năng của dòng điện mà các em cần nắm bắt. Hãy nắm chắc lý thuyết và công thức cơ bạn trước khi làm bài tập để đạt hiệu quả cao. Chúc các em áp dụng hiệu quả và học tập tốt trong môn vật lý lớp 9!