Giải SBT KHTN 9 KNTT Bài 13. Năng lượng của dòng điện và công suất

a) Cường độ dòng điện của đèn là: $I=\frac{P}{U}=\frac{6}{12}=0{,}5A$

Điện trở của đèn là: $R=\frac{U}{I}=\frac{12}{0{,}5}=24Ω$

b) Điện năng mà đèn sử dụng trong 5 giờ là: A = P. t = 6 . 5 . 3600 = 108 000 J.

Đáp án đúng là: A

Điện năng tiêu thụ của bóng đèn này trong 30 ngày là 100 . 4 . 30 = 12 kW.h.

Theo Hình 13.1, tính được:

${I}_{1}=\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}=\frac{12}{4}=3A.\ {I}_{2}=\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}=\frac{12}{6}=2A.$

Từ đó, ta tính được điện trở:

${R}_{1}=\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}=\frac{4}{3}Ω\ {R}_{2}=\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}=\frac{6}{2}=3Ω$

Từ kết quả trên, ta thấy I$_{1}$ lớn hơn; R$_{2}$ lớn hơn.

Khi hai điện trở mắc song song thì: R$_{//}$ =$\frac{{R}_{1}.{R}_{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}=\frac{5.5}{5+5}=2{,}5Ω$

$\Rightarrow {I}_{//}=\frac{U}{{R}_{//}}=\frac{4{,}5}{2{,}5}=1{,}8A.$

$\Rightarrow {P}_{//}=U{I}_{//}=4{,}5.1{,}8=8{,}1(W).$

Khi hai điện trở mắc nối tiếp thì: R$_{nt}$ = R$_{1}$ + R$_{2}$ = 5 + 5 = 10 $Ω$

$\Rightarrow {I}_{nt}=\frac{U}{{R}_{nt}}=\frac{4{,}5}{10}=0{,}45A.$

${P}_{nt}=U{I}_{nt}=4{,}5.0{,}45=2{,}025(W).$

So sánh 2 giá trị công suất (P$_{//}$> P$_{nt}$) thì khi xét trong cùng một thời gian, với trường hợp hai điện trở mắc song song, điện năng tiêu thụ lớn hơn so với trường hợp hai điện trở mắc nối tiếp.

Ta có: Trong cùng một thời gian thì $\frac{{A}_{//}}{{A}_{nt}}=\frac{{P}_{//}}{{P}_{nt}}=\frac{8{,}1}{2{,}025}=4$

Vậy khi xét trong cùng một thời gian, với trường hợp hai điện trở mắc song song, điện năng tiêu thụ lớn gấp 4 lần so với trường hợp hai điện trở mắc nối tiếp.

Đáp án đúng là: D

Các mạch điện thường dùng để đo công suất:

- Mạch điện gồm nguồn điện, điện trở R và ampe kế mắc nối tiếp:

+ Đo cường độ dòng điện I chạy qua điện trở R bằng ampe kế.

+ Đo hiệu điện thế U giữa hai đầu điện trở R bằng vôn kế mắc song song với điện trở.

+ Tính công suất tiêu thụ bằng công thức P = U.I.

- Mạch điện gồm nguồn điện, điện trở R và vôn kế mắc song song:

+ Đo hiệu điện thế U giữa hai đầu điện trở R bằng vôn kế.

+ Tính cường độ dòng điện I chạy qua điện trở bằng công thức I = U/R.

+ Tính công suất tiêu thụ bằng công thức P = U.I.

Sơ đồ 4 là một mạch gồm nguồn điện, điện trở R, ampe kế A mắc nối tiếp và vôn kế V mắc song song với điện trở R, hoàn toàn có thể sử dụng mạch điện này để xác định công suất tiêu thụ trên điện trở R.

Theo Hình 13.3 ta có (R$_{1}$ // R$_{2}$) nt R$_{3}$

R$_{12}$ = $\frac{{R}_{1}.{R}_{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}=\frac{4.4}{4+4}=2Ω$

R$_{123}$ = R$_{12}$ + R$_{3}$ = 2 + 2 = 4 $Ω$

Ta có: Vì R$_{12}$ nối tiếp với R$_{3}$ nên I$_{12}$ = I$_{3}$ = I = 3A

→ U$_{3}$ = IR$_{3}$ = 3 . 2 = 6 V

→ P $_{3}$ = U$_{3}$I = 6 . 3 = 18 W.

Ta có: R$_{1}$ song song với R$_{2}$ nên hiệu điện thế giữa hai đầu chúng bằng nhau và bằng hiệu điện thế toàn mạch trừ đi hiệu điện thế U$_{3}$.

U$_{1}$ = U – U$_{3}$ = 12 – 6 = 6 V

→ ${P}_{1}=\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{R}_{1}}=\frac{{6}^{2}}{4}=9W$

Vậy P $_{3}$ = 2 P $_{1}$, điện trở R$_{3}$ tiêu thụ công suất lớn hơn điện trở R$_{1}$.

Khi khoá K đóng, R$_{1}$ nối tiếp R$_{2}$ nên ta có:

R$_{tđ}$ = R$_{1}$ + R$_{2}$ = 5 + 15 = 20

Vậy cường độ dòng điện chạy trong mạch là: $I=\frac{U}{{R}_{tđ}}=\frac{20}{20}=1A.$

I = I$_{1}$ = I$_{2}$ = 1 A → U$_{2}$ = I$_{2}$.R$_{2}$ = 1 . 15 = 15 V.

Vậy công suất tiêu thụ điện trên điện trở R$_{2}$ là: P $_{2}$ = U$_{2}$.I$_{2}$ = 15 . 1 = 15 W.

a) Đèn sáng bình thường, tức là đúng công suất định mức.

Ta có: $P=\frac{{U}^{2}}{R}\Rightarrow R=\frac{{U}^{2}}{P}$

Điện trở của hai bóng đèn khi chúng sáng bình thường:

R$_{Đ1}$ = $\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{P}_{1}}=\frac{{220}^{2}}{100}=484Ω$

R$_{Đ2}$ = $\frac{{{U}_{2}}^{2}}{{P}_{2}}=\frac{{220}^{2}}{40}=1210Ω$ > R$_{Đ1}$

Vậy điện trở của bóng đèn 2 lớn hơn điện trở của bóng đèn 1.

b) Khi mắc nối tiếp hai đèn, đèn Đ$_{2}$ có điện trở lớn hơn nên hiệu điện thế giữa hai đầu đèn lớn hơn, do đó công suất tiêu thụ lớn hơn. Do đó, đèn Đ$_{2}$ sáng hơn.

Khi mắc nối tiếp hai đèn, thì R = R$_{Đ1}$ + R$_{Đ2}$ = 484 + 1210 = 1694 $Ω$

Cường độ dòng điện trong mạch là: $I=\frac{U}{R}=\frac{220}{1694}=\frac{110}{847}A.$

Vậy điện năng tiêu thụ trong 1 giờ là: A = Pt = UIt = $220.\frac{110}{857}.3600\approx 103000J.$

c) Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220 V thì 2 đèn được dùng đúng hiệu điện thế định mức nên đèn nào có công suất định mức lớn hơn thì sáng hơn.

Ta có: $P=\frac{{U}^{2}}{R}$ mà R$_{1}$ < R$_{2}$ nên P$_{1}$ > P$_{2}$.

Vậy đèn 1 sáng hơn.

Điện năng mà mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ: A = P t = (100 + 40).3600 = 504000J.

Đáp án đúng là: C

- Đèn compact loại bóng xoáy cho hiệu suất chiếu sáng tốt và tiết kiệm điện năng hơn so với bóng đèn thông thường (đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang lớn).

- Đèn LED tiết kiệm điện có khả năng tiết kiệm từ 80% đến 90% điện năng so với đèn sợi đốt, cường độ chiếu sáng của đèn này cao hơn bóng đèn sợi đốt và đèn compact.

Vậy sử dụng loại đèn LED (điốt phát quang) tiết kiệm điện nhất.

a) Công suất điện của bàn là: $P=\frac{A}{t}=\frac{720.{10}^{3}}{15.60}=800(W).$

b) Cường độ dòng điện chạy qua bàn là: $I=\frac{P}{U}=\frac{800}{220}\approx 3{,}64A$

Điện trở của bàn là: $R=\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{{220}^{2}}{800}=60{,}5Ω$

a) 1 – Sai; 2 – Đúng; 3 – Sai; 4 – Sai.

b) Vì năng lượng điện tiêu thụ của đèn compact chỉ bằng 20% năng lượng tiêu thụ của đèn sợi đốt cùng cường độ sáng, nên phải thay bóng đèn compact có công suất bằng 20%.60 = 12W cho bóng đèn sợi đốt công suất 60 W để đảm bảo có cùng cường độ sáng.

c) Đáp án đúng là: C

Vì sử dụng bóng đèn tiết kiệm điện có ít nhất bốn lợi ích:

- Tiết kiệm điện, do đó giảm chi phí tiền điện hàng tháng;

- Bảo vệ môi trường vì giảm tiêu thụ năng lượng điện nên giảm phát thải khí nhà kính;

- Ánh sáng chất lượng cao, ánh sáng đèn toả ra không làm chói mắt;

- Tuổi thọ dài nên giảm tần suất, chi phí thay thế bóng đèn.

d) Thay bóng đèn sợi đốt 60 W bằng bóng đèn compact công suất 12 W tiết kiệm được A = P t = (60 – 12) . 4 . 3600 = 691 200J điện năng trong một ngày, biết mỗi ngày thắp sáng đèn trong 4 giờ.