Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27: Hiệu suất

Khởi động

Câu hỏi khởi động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 106): Theo em thì có thể có bao nhiêu phần trăm động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng?

Trả lời:

– Tùy thuộc vào công suất của từng nhà máy, có thể có 30, 60 hoặc đến 70% động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng

– Thông qua hệ thống tua bin điện cỡ lớn, động năng của thác nước chuyển đổi cơ năng thành điện năng. Thủy điện thường được tạo ra từ những nơi đầu nguồn của các dòng sông, nơi có dòng chảy mạnh và liên tục.

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

* Hoạt động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 106): Hãy thảo luận về các vấn đề sau:

1. Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí khi chơi thể thao.

2. Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra có được xem là năng lượng có ích không? Vì sao

Trả lời:

1. Khi chơi thể thao thì đã có sự chuyển hóa năng lượng: hóa năng sang động năng, động năng sang nhiệt năng, động năng sang thế năng, thế năng sang động năng, hóa năng sang nhiệt năng

– Động năng, thế năng => Năng lượng có ích

– Nhiệt năng, năng lượng âm thanh => Năng lượng hao phí

2. Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra không được xem là năng lượng có ích. Đây được coi là năng lượng hao phí vì bên trong cơ thể vốn dĩ đã có hóa năng, khi vận động thì một phần hóa năng chuyển hóa thành nhiệt năng và nhiệt năng này tỏa ra cơ thể.

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 106): Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng và trong quạt điện :

a. Có những sự chuyển hoá năng lượng nào ?

b. Trong số những dạng năng lượng tạo thành, dạng năng lượng nào là có ích, dạng năng lượng nào là hao phí?

Trả lời:

Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng và trong quạt điện

a. Có những sự chuyển hoá năng lượng là :

– Ô tô chạy bằng xăng: nhiệt năng thành động năng, điện năng thành động năng, điện năng thành nhiệt năng.

– Quạt điện: điện năng thành động năng, điện năng thành nhiệt năng

=> Ngoài ra cả hai còn có hóa năng và năng lượng âm thanh.

b) Trong những số dạng năng lượng được tạo thành thì động năng là năng lượng có ích, nhiệt năng là năng lượng hao phí.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 106): Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí trong các trường hợp dưới đây:

a) Acquy khi nạp điện.

b) Acquy khi phóng điện.

c) Sử dụng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao.

d) Bếp từ khi đang hoạt động.

Trả lời:

a) Acquy khi nạp điện.

- Điện năng => hoá năng là biến đổi năng lượng có ích.

- Điện năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng hao phí.

b) Acquy khi phóng điện có sự chuyển hóa từ hóa năng sang điện năng, hóa năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: điện năng

+ Năng lượng hao phí: nhiệt năng

c) Sử dụng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao.

- Thế năng và động năng biến đổi lẫn nhau là biến đổi năng lượng có ích.

- Cơ năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng hao phí.

d) Bếp từ khi đang hoạt động có sự chuyển hóa từ điện năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: nhiệt năng

+ Năng lượng hao phí: không có

II. Hiệu suất

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 108): Phân tích sự tiêu hao năng lượng ở động cơ đốt trong dùng trong ô tô (Hình 27.3).

Trả lời:

– Năng lượng ở động cơ đốt trong dùng trong ô tô được phân bố như sau:

+ 30% năng lượng tạo ra bức xạ nhiệt ra ngoài 5%

+ 30% năng lượng tạo ra truyền cho hệ thống làm mát

+ 35% năng lượng truyền ra ngoài theo khí thaỉ.

+ 41% nhiệt sinh công đượ truyền đến các bánh xe.

– Lượng % còn lại chuyển thành các dạng năng lượng khác.

=> Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu bị đốt cháy, có 5% năng lượng bị tiêu hao ra bên ngoài do bức xạ nhiệt, 24% của 35% (tức 8,4%) năng lượng ra bên ngoài theo khí thải.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 108): Hiệu suất của nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không bằng 1/3 hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Tại sao người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời.

Trả lời:

– Dù hiệu suất của nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không bằng 1/3 hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Nhưng người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời vì năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, sạch, an toàn, không thải ra khí độc, không gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính.

– Trong khi đó năng lượng lượng để sản xuất cung cấp cho nhà máy nhiệt điện là năng lượng hữu hạn, tương lai sẽ dần bị cạn kiệt.

Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 27 (trang 108): Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m³.

Trả lời:

* Cách tính thứ nhất:

Đổi 54 km/h = 15 m/s; 45 kW = 45000 W

Gọi s là quãng đường đi được khi động cơ tiêu thụ hết 60 lít xăng.

- Khối lượng 60 lít xăng: m = D.V = 700.60.10^-3 = 42 kg

- Công thực hiện của động cơ: $A=P.t=P.\frac{s}{v}$

- Nhiệt lượng do 60 lít xăng khi bị đốt cháy hoàn toàn tỏa ra là: Q = q.m

Ta có: $H=\frac{A}{Q}\Rightarrow A=H.Q$

$\Leftrightarrow P.\frac{s}{v}=H.q.m\Rightarrow s=\frac{H.q.m.v}{P}=\frac{0,25.46.10^{6}.42.15}{45000}=161000m=161km$

* Cách tính thứ hai:

Quãng đường ô tô đi được là s = v . t, đổi 54km/h = 15m/s

Ta có: $t=\frac{A}{P}$

Mặt khác $H=\frac{A}{Q_{1}}=\frac{A}{m.q}=\frac{A}{V_{\rho q}}=25$

$\Rightarrow t=\frac{25V\rho q}{100P}=\frac{25.60.10^{-3}.700.4,6.10^{7}}{100.45.10^{3}}=10733s$

=> s= v.t =15. 10 733= 160 995m ≈161km

* Cách tính thứ ba:

Đổi 54 km/h = 15 m/s

Ta có:

v = 15 m/s; V = 60 lít = 60.10^-3 m³ ; P = 45 kW = 45.10³ W; H = 25%; Q = 46.10⁶ J/kg; ρ = 700 kg/m³

Khối lượng xăng cần đốt cháy là: m = ρ.V = 700.60.10^-3 = 42 kg

Ta có 1 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J/kg

=> 42 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng là: Q’ = 46.42.10⁶ = 1932.10⁶ J/kg.

Công cần thực hiện là: A = H.Q’ = 25%.1932.10⁶ = 4,83.10⁸ J

Thời gian cần thực công là: $t=\frac{A}{P}=\frac{4,83.10^{8}}{45.10^{3}}=\frac{32200}{3}(s)$

Quãng đường vật đi được là: $s=v.t=15.\frac{32200}{3}=161000m=161km$