Bài 25: Năng lượng và công suất điện

1. Kiến thức trọng tâm

Khi dòng điện chạy qua một đoạn mạch, lực điện thực hiện công để dịch chuyển các điện tích. Công của dòng điện trong thời gian $t$ là:

$$A = UIt$$

Trong đó $U$ là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch, $I$ là cường độ dòng điện, $t$ là thời gian dòng điện chạy qua. Đơn vị của công là jun ($\text{J}$). Công của dòng điện bằng lượng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ.

Công suất điện là tốc độ tiêu thụ điện năng của đoạn mạch:

$$P = \frac{A}{t} = UI$$

Đơn vị của công suất điện là oát ($\text{W}$). Đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần $R$, kết hợp với định luật Ôm, ta còn có $P = I^2 R = U^2/R$.

Định luật Jun – Lenxơ: nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của vật dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua:

$$Q = I^2 R t$$

Nhiệt lượng này chính là phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng. Định luật Jun – Lenxơ là cơ sở của các dụng cụ đốt nóng bằng điện như bàn là, bếp điện, bình nóng lạnh.

Trong thực tế, điện năng tiêu thụ thường được đo bằng kilôoát giờ ($\text{kWh}$), còn gọi là "số điện": $1, \text{kWh} = 3,6 \cdot 10^6, \text{J}$.

2. Ví dụ minh họa

Một bóng đèn có ghi $220, \text{V} - 60, \text{W}$ được thắp sáng bình thường trong $5$ giờ. Tính điện năng mà bóng đèn tiêu thụ ra số điện.

Lời giải: Khi đèn sáng bình thường, công suất tiêu thụ bằng công suất định mức $P = 60, \text{W}$. Điện năng tiêu thụ: $A = 60 \cdot 5 = 300, \text{Wh} = 0,3, \text{kWh}$, tức là bóng đèn tiêu thụ $0,3$ số điện trong $5$ giờ.

3. Ghi nhớ

• Công của dòng điện: $A = UIt$; công suất điện: $P = UI = I^2R = U^2/R$.
• Định luật Jun – Lenxơ: $Q = I^2Rt$ là nhiệt lượng toả ra trên vật dẫn.
• $1, \text{kWh} = 3,6 \cdot 10^6, \text{J}$ là đơn vị đo điện năng tiêu thụ trong thực tế.
• Thiết bị ghi công suất định mức chỉ hoạt động đúng khi dùng đúng hiệu điện thế định mức.