Công suất tỏa nhiệt là một khái niệm thường gặp trong chương trình vật lý phổ thông. So với công suất là gì vật lý 8 thì ở vật lý 11 bạn sẽ bắt đầu tìm hiểu sâu hơn và giải nhiều bài tập liên quan đến công suất tỏa nhiệt áp dụng định luật Jun-Len-xơ. Cùng củng cố phần kiến thức liên quan đến chủ đề này trong bài viết dưới đây của mayruaxegiadinh.com.vn nhé!
Contents
Công suất là gì?
Công suất được hiểu rằng chính là công thực hiện được trong một đơn vị thời gian. Trong thực tế, công suất là thông số biểu thị giúp người sử dụng có thể biết được lượng điện năng tiêu thụ của thiết bị trong một đơn vị thời gian.
Công thức tính công suất:
P = A / t
Trong đó:
- P: Công suất
- A: Công cơ học (Công thực hiện được)
- t: Thời gian để thực hiện được công đó.
Đơn vị của công suất:
Đơn vị của công suất ký hiệu là W (đọc là oát) chính là Jun/giây.
- 1W = 1J/s
- 1kW (kilôoát) = 1000W
- 1MW (mêgaoát) = 1 000 000W
Lưu ý: Không thể chỉ dùng thời gian để thực hiện công hay độ lớn của công đó mà so sánh việc thực hiện công nhanh hay chậm được. Thay vào đó ta cần so sánh công thực hiện được trong cùng một đơn vị thời gian gọi là công suất để biết nào thực hiện công nhanh hơn, nghĩa là làm việc khỏe hơn.
Ý nghĩa công suất của thiết bị
Là một yếu tố được rất nhiều người quan tâm khi sử dụng các thiết bị điện, công suất tiêu thụ đặc biệt quan trọng đối với những hộ dân muốn lắp đặt năng lượng mặt trời hay muốn thuê máy phát điện. Nó giúp người sử dụng có thể tính toán tổng công suất cho toàn bộ gia đình sử dụng.
Riêng đối với lĩnh vực cho thuê máy phát điện thì công suất tiêu thụ thực tế và công suất của máy phát điện cần phải phù hợp với nhau. Do đó, ưu tiên hàng đầu hiện nay khi cần thuê máy phát điện chính là sự phù hợp giữa công suất ghi trên máy phát điện và công suất tiêu thụ.
Cần phải nắm rõ toàn bộ công suất của các thiết bị điện trong tòa nhà cần sử dụng để có thể xác định được công suất thuê máy phát điện. Có thể cân đối tùy vào từng thời điểm hoạt động đẻ có thể chọn được máy phát điện phù hợp với kinh tế.
Công suất tỏa nhiệt là gì?
Vật dẫn sẽ tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể khi có dòng điện chạy qua nó và tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó được gọi là công suất tỏa nhiệt. Công suất tỏa nhiệt chính bằng tỷ số giữa nhiệt lượng tỏa ra trên một đơn vị thời gian tại một vật dẫn.
Định luật Jun-Len-xơ
Định luật Jun-Len-xơ bản chất là sự mô tả toán học về tốc độ tại đó mà điện trở trong mạch có khả năng biến đổi từ điện năng thành nhiệt năng.
Tại định luật Jun-len-xơ, trong một thời gian phát triển trong dây dẫn mang dòng điện thì nhiệt lượng tỉ lệ với điện trở của dây cùng với bình phương cường độ dòng điện. Khi đó, nhiệt lượng được phát ra trong một thời gian tương đương với mức công suất điện bị hấp thụ hay nói cách khác là điện năng bị mất đi.
Q = R.I2.t
Trong đó:
- Q: nhiệt lượng (J)
- R: điện trở (Ω)
- I: cường độ dòng điện (A)
- t: tổng thời gian mà dòng điện chạy qua dây dẫn (s)
Công thức tính công suất tỏa nhiệt
Công suất tỏa nhiệt hay công suất mất mát điện P trong một giây chính bằng tích giữa bình phương cường độ dòng điện I với điện trở R. Hay nói cách khác, công suất tỏa nhiệt trong 1 giây bằng tỷ lệ giữa nhiệt lượng tỏa ra với thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn. Đơn vị công suất tỏa nhiệt là Watt (W).
P = I2.R = Q / t
Trong đó:
- P: Công suất, đơn vị Watt (W)
- I: Dòng điện, đơn vị Ampe (A)
- R: Điện trở, đơn vị Ôm (Ω)
- Q: Nhiệt lượng, đơn bị Ium (J)
- t: Tổng thời gian mà dòng điện chạy qua, đơn vị giây (s).
Công suất tỏa nhiệt trên điện trở
Năng lượng điện sẽ được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt khi một dòng điện chạy qua điện trở. Nhiệt phát sinh ra trong tất cả các thành phần của mạch đều có ít nhất một số điện trở và nó được tản ra ngoài không khí, xung quanh các thành phần.
Theo đó, tốc độ tỏa nhiệt được xác định là công suất tỏa nhiệt trên điện trở. Công suất này được ký hiệu là P và được đo bằng đơn vị Watts (W).
Công suất của nguồn điện
Như đã nói để phần đầu tiên của bài viết thì công suất chính là khả năng thực hiện công khi xuất hiện dòng điện chạy qua dây dẫn với một tốc độ thực hiện công. Công suất của nguồn điện tỷ lệ với công của nguồn cùng thời gian để thực hiện công đó.
Png = E.I = Ang/ t
Trong đó:
- Png: công suất của nguồn điện.
- E: suất điện động (V)
- I: cường độ dòng điện
- Ang: công của nguồn điện (J)
- t: tổng thời gian để thực hiện công (s).
Công của nguồn điện tỷ lệ thuận với điện năng tiêu thụ cũng như những lực lạ sản sinh bên trong của nguồn điện:
Ang = E.q = E.I.t
Trong đó:
- E: là suất điện động (V)
- q: là điện lượng (C)
- I: là cường độ của dòng điện (A)
- t: là thời gian (s).
Công suất điện
Công suất điện tỷ lệ với cường độ của dòng điện và với hiệu điện thế ở hai đầu của đoạn mạch. Ngoài ra, nó còn bằng tỉ lệ của công suất điện năng và thời gian mà dòng điện chạy qua.
P = U.I = A / t
Hệ số công suất là gì?
Trong kỹ thuật điện, hệ số công suất của hệ thống điện xoay chiều ký hiệu Cosφ được xác định là tỷ lệ giữa công suất thực được hấp thụ bởi tải cùng công suất biểu kiến chảy trong mạch điện. Hệ số công suất là một đại lượng không thứ nguyên trong khoảng đóng dao động từ -1 đến 1.
Công thức tính hệ số công suất:
Cosφ = P.S
Trong đó:
- P: là công suất hiệu dụng (W)
- S: là công suất biểu kiến (VA)
Hệ số công suất được phân chia thành 3 loại khác nhau gồm: Hệ số công suất tức thời, hệ số công suất trung bình và hệ số công suất tự nhiên.
Hệ số công suất tức thời
Hệ số công suất tại một thời điểm nhất định được đo bằng dụng cụ đo Cosφ hoặc những dụng cụ đo điện áp, công suất hay dòng điện. Hệ số công suất luôn biến động bởi thế nên nó không sử dụng được trong tính toán.
Hệ số công suất tức thời được tính bằng công thức:
Cosφ = P.3U.I
Trong đó:
- P: công suất (W)
- U: hiệu điện thế (V)
- I: cường độ dòng điện của đoạn mạch (A)
Hệ số công suất trung bình
Hệ số công suất trung bình chính là hệ số công suất Cosφ tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó được xác định, có thể là 1 ca, 1 ngày hoặc 1 tháng,…
Hệ số công suất trung bình được tính theo công thức:
Cosφtb = Ahc (Ahc2 + Avc2)
Trong đó:
- Cosφtb: là hệ số công suất trung bình
- Ahc : là điện năng tác dụng đo trong suốt chu kỳ xác định
- Avc : là điện năng phản kháng trong suốt chu kỳ xác định
Hệ số công suất trung bình (Cosφtb) được sử dụng để đánh giá được mức độ sử dụng điện của một đơn vị xe liệu nó có tiết kiệm hay không.
Hệ số công suất tự nhiên
Đây là hệ số công suất được tính cho cả 1 năm khi mà không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên được dùng để làm căn cứ cho việc tính toán cũng như nâng cao hệ số công suất hiệu dụng, bù công suất phản kháng.
Công suất đạt cực đại của mạch khi:
| Trường hợp 1: |  |
| Trường hợp 2: |  |
| Trường hợp 3: |  |
Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1 (SGK Vật Lý 8 – Tr 52): Nội dung về “tính công thực hiện được của anh An và anh Dũng”.
|
Đề bài: Trong xây dựng, để đưa vật liệu lên cao, ngời ta thường dùng dây kéo vắt qua ròng rọc cố định như hình bên. Anh An, và anh Dũng dùng hệ thống này đưa gạch lên tầng hai, cao 4m, mỗi viên gạch đều nặng 16N Mỗi lần anh An kéo được 10 viên gạch mất 50s, còn anh Dũng mỗi lần kéo được 15 viên mất 60s. Tính công thực hiện của anh An và anh Dũng =>Giải: Từ đề bài ta có: s= 4m 10 viên gạch có trọng lượng là: P1 = 10.16 = 160N 15 viên gạch có trọng lượng là: P2 = 15.16 = 240N Khi đó: An thực hiện công là: A1 = P1.s = 160.4 = 640J Dũng thực hiện công là: A2 = P2.s = 240.4 = 960J |
 |
Câu 2 (SGK Vật Lý 8 – Tr 52):
Trong các phương án sau đây, có thể chọn những phương án nào để biết ai là người làm việc khoẻ hơn?
- So sánh công thực hiện của hai người, người làm việc khỏe hơn là người thực hiện được công lớn hơn.
- So sánh thời gian để 2 người kéo gạch lên cao, người làm việc khỏe hơn là người làm mất ít thời gian hơn.
- So sánh thời gian của hai người để thực hiện được 1 công, người làm việc khỏe hơn là người làm mất ít thời gian hơn nghĩa là thực hiện công nhanh hơn.
- So sánh công của 2 người thực hiện trong cùng 1 thời gian, người làm việc khỏe hơn là người thực hiện được công lớn hơn.
=>Giải:
Để biết được rằng ai là người làm việc khỏe hơn ta có thể:
So sánh thời gian của hai người cần để thực hiện được cùng 1 công, người làm việc khỏe hơn là người làm việc mất ít thời gian hơn hay nói cách khác là thực hiện công nhanh hơn.
Cũng có thể so sánh công của 2 người thực hiện được trong cùng 1 thời gian, người làm việc khỏe hơn là người thực hiện công lớn hơn.
Như vậy, cả 2 phương án: c và d đều đúng.
Câu 3 (SGK Vật Lý 8 – Tr 52): Từ kết quả của Câu 2, tìm từ thích hợp để điền vào các chỗ trống của kết luận sau: Anh… (1)… làm việc khỏe hơn vì…(2)…
=>Giải:
Ta có:
- Trong 50 giây anh An kéo được 10 viên gạch nên mỗi giây anh An sẽ kéo được: 10/50 = ⅕ viên gạch.
- Trong 60 giây anh Dúng kéo được 15 viên gạch nên mỗi giây anh Dũng sẽ kéo được 15/60 = ¼ viên gạch.
- Vì khối lượng gạch mà anh Dũng kéo nhiều hơn anh An trong mỗi một giây nên anh Dũng làm việc khỏe hơn anh An.
Kết quả: Anh Dũng làm việc khỏe hơn vì anh Dũng làm được khối lượng công việc nhiều hơn anh An trong mỗi giây.
Câu 4 (SGK Vật Lý 8 – Tr 53): Xét ví dụ đầu bài học trong câu hỏi 1. Tính công suất của An và Dũng.
=> Giải:
Công suất của anh An là: P1 = A1 / t1 = 640 / 50 = 12,8W
Công suất của anh Dũng là: P2 = A2 / t2 = 960 / 60 = 16W
Câu 5 (SGK Vật Lý 8 – Tr 53): Người ta cần dùng trâu cày trong 2 giờ để cày 1 sào đất và chỉ mất 20 giờ nếu dùng máy cày Bông Sen. Vậy trâu và máy cày thì cái nào có công suất lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu lần?
=> Giải:
Vì cả trâu và máy cày Bông Sen đều cùng cày một sào đất nên suy ra đều thực hiện công A như nhau: A = A1 = A2.
Thời gian để trâu cày thực hiện công A1 là: t1 = 2 giờ = 120 phút.
Thời gian để máy cày Bông Sen thực hiện công A2 là: t2 = 20 phút
Công suất khi dùng trâu để cày là: P1 = A1 / t1
Công suất khi dùng máy cày Bông Sen để cày là: P2 = A1 / t2
Vì vậy, so với trâu thì máy cày có công suất lớn hơn và lớn hơn gấp 6 lần.
Lời Kết
Cách tính công suất nói chung, công suất tỏa nhiệt trên dây hoặc công suất tỏa nhiệt trên điện trở không hề khó. Vì vậy, việc nắm rõ kiến thức công suất là gì cũng như các công thức tính công suất tỏa nhiệt mà mayruaxegiadinh.com.vn vừa đề cập trong bài viết trên là điều cần thiết. Từ đó, có thể giúp bạn đạt kết quả tốt trong việc giải các bài tập liên quan đến công suất tỏa nhiệt, đặc biệt áp dụng vào thực tế trong việc tính toán công suất của các thiết bị.
