BÀI 16. ĐỊNH LUẬT JUN – LEN-XƠ
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Điện năng biến đổi thành nhiệt năng
+ 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 như: bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang,…
- Dụng cụ (hay thiết bị) biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng như: quạt điện, máy bơm nước,…
+ 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 như: nồi cơm điện, ấm nước điện, bàn là,…
2. Định luật Jun-len-xơ
- Nội dung: 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 = I2R.t
Trong đó: I là cường độ dòng điện (đo bằng A)
R là điện trở của dây dẫn (đo bằng W)
t là thời gian dòng điện chạy qua (đo bằng s)
Q là nhiệt lượng tỏa ra (đo bằng 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.I2R.t
Đổi đơn vị: 1 J = 0,24 cal; 1 cal = 4,18 J
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
1. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn
- Áp dụng định luật Jun – Len- xơ: Q = I2.R.t
- Hay \(Q=P.t=U.I.t={{I}^{2}}R.t=\frac{{{U}^{2}}}{R}\cdot t\)
2. Tính công suất tỏa nhiệt của dây dẫn
- Áp dụng công thức: \(P=\frac{Q}{t}\)
Trong đó: Q là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn (J)
t là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn (s)
P là công suất tỏa nhiệt của dây dẫn (W)
3. Phương trình cân bằng nhiệt
- Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu
Trong đó: Qtỏa là nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn
Qthu là nhiệt lượng thu vào
Lưu ý: Trong trường hợp điện trở của dây dẫn là điện trở thuần thì điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng. Khi đó Q = A.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Hình 16.1 mô tả thí nghiệm xác định điện năng sử dụng và nhiệt lượng tỏa ra.
Khối lượng nước m1 = 200 g được đựng trong bình bằng nhôm có khối lượng m2 = 78 g và được đun nóng bằng một dây điện trở. Điều chỉnh biến trở để ampe kế chỉ I = 2,4 A và kết hợp với số chỉ của vôn kế biết được điện trở của dây là R = 5 W. Sau thời gian t = 300 s, nhiệt kế cho biết nhiệt độ tăng Dt° = 9,5°C. Biết nhiệt dung riêng của nước là c1 = 4200 J/kg.K và của nhôm là c2 = 880 J/kg.K.
Câu C1 (trang 45 SGK Vật Lí 9):
Hãy tính điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian 300 s.
Trả lời:
Công suất nhiệt tỏa ra trên sợi dây có điện trở R = 5 Ω là:
PR = I2.R = 2,42.5 = 28,8 W
Điện năng A của dòng điện chạy qua dây điện trở trong thời gian 300 s là:
A = PR.t = 28,8.300 = 8640 J.
Câu C2 (trang 45 SGK Vật Lí 9):
Hãy tính nhiệt lượng Q mà nước và bình nhôm nhận được trong thời gian trên.
Trả lời:
Nhiệt lượng nước nhận được là: Q1 = c1m1Δt° = 4200.0,2.9,5 = 7980 J.
Nhiệt lượng bình nhôm nhận được là: Q2 = c2m2 Δt° =880.0,078.9,5 = 652,08 J.
Nhiệt lượng nước và bình nhôm nhận được là: Q = Q1 + Q2 = 8632,08 J.
Câu C3 (trang 45 SGK Vật Lí 9):
Hãy so sánh A với Q và nêu nhận xét, lưu ý rằng có một phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường chung quanh.
Trả lời:
Ta thấy Q và A tương đương với nhau. Như vậy nếu tính cả phần nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh thì Q và A bằng nhau.
Câu C4 (trang 45 SGK Vật Lí 9):
Hãy giải thích điều nêu ra trong phần mở đầu của bài:
“Dòng điện chạy qua vật dẫn thường gây ra tác dụng nhiệt. Nhiệt lượng tỏa ra khi đó phụ thuộc vào 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 với bóng đèn hầu như không nóng lên?”
Trả lời:
Vì dây tóc bóng đèn và dây nối mắc nối tiếp nhau nên dòng điện chạy qua cả hai có cùng cường độ. Theo định luật Jun – Len-xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở dây tóc và ở dây nối tỉ lệ với điện trở của từng đoạn dây. Dây tóc có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa ra nhiều, do đó dây tóc nóng lên đến nhiệt độ cao và phát sáng. Còn dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng tỏa ra ít và truyền phần lớn cho môi trường xung quanh, do đó dây nối hầu như không nóng lên.
Câu C5 (trang 45 SGK Vật Lí 9):
Một ấm điện có ghi 220 V – 1000 W được sử dụng với hiệu điện thế 220 V để đun sôi 2 ℓ nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng tỏa vào môi trường, tính thời gian đun sôi nước. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K.
Trả lời:
Theo định luật bảo toàn năng lượng: A = Q hay P.t = cm(t2 – t1)
Thời gian đun sôi nước là: \(t=\frac{cm\left( {{t}_{2}}\text{ }{{t}_{1}} \right)}{P}=\frac{4200.2.\left( 100-80 \right)}{1000}=672\,s.\)
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 9 bài Định luật Jun - Lenxo do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ