Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 10: Năng lượng của dòng điện và công suất điện có đáp án

- Khi các thiết bị hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hóa thành các dạng năng lượng: nhiệt năng, cơ năng, ….

- Sự chuyển hóa cho biết thiết bị đó đã tiêu thụ năng lượng điện và số oát của thiết bị điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.

- Một số ví dụ chứng tỏ dòng điện có năng lượng:

+ Dòng điện chạy qua bàn là làm bàn là nóng lên: năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành nhiệt năng.

+ Dòng điện chạy qua bóng đèn sợi đốt làm bóng đèn sáng và nóng lên: năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành quang năng và nhiệt năng.

- Mắc hai điện trở nối tiếp vì để chúng cùng một cường độ dòng điện chạy qua, khi có cùng dòng điện chạy qua, cùng thời gian thí nghiệm thì ta mới biết được mối liên hệ giữa điện trở và năng lượng điện.

- Vai trò của biến trở: Biến trở trong mạch điện có thể được điều chỉnh để thay đổi cường độ dòng điện. Khi biến trở được điều chỉnh, cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi theo. Nhờ đó tìm được mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và năng lượng điện.

Để ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình trong một ngày, ta có thể thực hiện như sau:

1. Ghi lại số liệu từ công tơ điện:

Ví dụ: Ghi lại số liệu từ công tơ điện từ buổi sáng khi chưa dùng điện và sau một khoảng thời gian khoảng một ngày.

2. Tính toán năng lượng tiêu thụ:

- Sử dụng công thức: Năng lượng (kWh) = Công suất (kW) x Thời gian (giờ).

- Xác định công suất dựa trên các thiết bị điện sử dụng trong gia đình và thời gian sử dụng của chúng.

3. Kiểm tra kết quả ước tính:

- So sánh kết quả ước tính năng lượng điện tiêu thụ với số liệu thực tế từ công tơ điện sau một ngày.

- Nếu kết quả gần nhau, thì phương pháp ước tính có thể được tin tưởng.

4. Kiểm tra thiết bị và ứng dụng:

- Kiểm tra và xác định xem tất cả các thiết bị đã được tính toán trong công suất hay chưa.

- Kiểm tra ứng dụng và các thiết bị đo đạc nếu có để đảm bảo chúng đang hoạt động chính xác.

5. Điều chỉnh nếu cần thiết:

- Nếu có sự chênh lệch lớn, xem xét lại các công suất và thời gian sử dụng để điều chỉnh ước tính.

Bằng cách này, gia đình có thể ước tính năng lượng điện tiêu thụ và kiểm tra kết quả đó so với số liệu thực tế từ công tơ điện để đảm bảo tính chính xác và phù hợp.

Từ định luật Joule Lenz: Q = I$^{2}$.R.t

Định luật Ohm: $I=\frac{U}{R}\Rightarrow U=I.R$

$\Rightarrow Q=U.I.t$

Đây là trường hợp, toàn bộ năng lượng điện chuyển hóa thành năng lượng nhiệt cho nên

W = Q = U.I.t

Từ định luật Joule Lenz: Q = I$^{2}$.R.t

Định luật Ohm: $I=\frac{U}{R}\Rightarrow U=I.R$

$\Rightarrow Q=U.I.t$

Đây là trường hợp, toàn bộ năng lượng điện chuyển hóa thành năng lượng nhiệt cho nên

W = Q = U.I.t

Năng lượng của dòng điện trong 10 phút làm thí nghiệm là:

W = U.I.t = 6 . 1,19 . 10 . 60 = 4 284 J

Công suất: $\text{P}=U.I$

Theo định luật Ohm có: $I=\frac{U}{R}$

$\Rightarrow \text{P}={I}^{2}.R=\frac{{U}^{2}}{R}$

- Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế 12 V đúng bằng hiệu điện thế định mức của bóng đèn.

- Trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện là: $W=U.I.t=\text{P}.t=3.1=3J$

a. - Khi các thiết bị hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hóa thành các dạng năng lượng: nhiệt năng, cơ năng, hóa năng, ….

- Sự chuyển hóa cho biết thiết bị đó đã tiêu thụ năng lượng điện và số oát của thiết bị điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.

b. Vì quạt được cung cấp U = 5V nên nó sẽ hoạt động bình thường với công suất định mức 4 W

Chiếc quạt tiêu thụ năng lượng điện là: $W=U.I.t=\text{P}.t=4.30.60=7200J$

Những dụng cụ em cần dùng và cách làm để biết xe nào tiêu thụ năng lượng điện nhiều hơn khi đi hết quãng đường thử nghiệm:

- Dụng cụ: hai loại xe điện thử nghiệm, đồng hồ thời gian, thước dây đo quãng đường.

- Thực hiện thí nghiệm:

+ Bước 1: Đo quãng đường thử nghiệm, xác định rõ vạch xuất phát, vạch dừng lại.

+ Bước 2: Khi cả hai xe bắt đầu chạy trên quãng đường thử nghiệm bắt đầu bấm ON/OFF trên đồng hồ thời gian để bấm giờ.

+ Bước 3: Bấm ON/OFF dừng đồng hồ khi cả hai xe đi hết quãng đường thử nghiệm.

+ Bước 4: So sánh thời gian mà hai xe thực hiện để hoàn thành quãng đường.

Xe nào mất thời gian ít hơn thì đi nhanh hơn tiêu thụ ít năng lượng hơn.