Giải SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25: Năng lượng và công suất điện

Khởi động

Câu hỏi SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 106): Bảng bên ghi một số nội dung trong Hoá đơn tiền điện giá trị gia tăng (GTGT) của Công ty điện lực. Em hãy cho biết ý nghĩa của các số liệu trong bảng.

Trả lời:

- Trong hóa đơn cho biết lượng điện tiêu thụ hết 272 kW,

=> 50 (số điện đầu tiên có giá 1549 đồng) + 50 (số điện tiếp theo có giá 1600 đồng) + 100 (số điện tiếp theo có giá 1858 đồng) + (72 số điện cuối có giá 2340 đồng) = 511730 đồng ( cộng thêm 10% thuế là 562903 đồng).

- Cột chỉ số mới và chỉ số cũ cho biết sự chênh lệch giữa năng lượng điện tiêu thụ của tháng trước và tháng sau

- Cột điện năng tiêu thụ cho biết năng lượng điện đã tiêu thụ trong 1 tháng.

I. Năng lượng điện

Câu 1 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 107): Năng lượng điện tiêu thụ trong dụng cụ, thiết bị dùng điện ở Hình 25.1 chủ yếu được chuyển hóa thành dạng năng lượng nào nhiều nhất?

Trả lời:

- Trong trường hợp xe đạp điện, điện năng chuyển hóa thành cơ năng. Với ấm đun nước thì điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng, với bóng đèn thì điện năng chuyển hóa thành quang năng.

Câu 2 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 107): Hãy chứng minh rằng, nếu đoạn mạch chỉ có điện trở R (đoạn mạch thuần điện trở) thì nhiệt lượng đoạn mạch toả ra khi có dòng điện chạy qua được tính bằng công thức: $Q=I^{2}Rt=\frac{U^{2}}{R}t$

Trả lời:

* Cách chứng minh thứ nhất:

- Trường hợp toàn bộ năng lượng điện đã chuyển hoá thành nhiệt năng nếu mạch chỉ có điện trở R, ta có công thức: $Q=A=UIt=I^{2}Rt=\frac{U^{2}}{R}t$

* Cách chứng minh thứ hai:

Nhiệt lượng của đoạn mạch tỏa ra khi có dòng điện chạy qua là: Q = UIt mà $R=\frac{U}{I}$

$\Rightarrow Q=I^{2}.Rt=\frac{U^{2}}{R}t$

II. Công suất điện

Câu hỏi SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 107): Hãy chứng minh 1kW.h = 3,6.10³kJ

Trả lời:

* Cách chứng minh thứ nhất:

Ta có:

1J = 1W. 1s

1kW = 1000W

1h = 3600s

⇒ 1kW.h = 1000.3600 = 3,6.10³ kJ.

* Cách chứng minh thứ hai:

$P=\frac{A}{t}\Rightarrow A=P.t\Rightarrow 1kWh=1000(W).3600(s)=3600000(J)=3,6.10^{3}kJ$

Hoạt động SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 108):

1. Trên hoá đơn GTGT (tiền điện) ở đầu bài học, tiền điện được tính lũy tiến (càng dùng điện nhiều thì đơn giá của 1 kWh điện càng tăng). Theo em, cách tính này nhằm những mục đích gì? Tại sao?

Trả lời:

- Cách tính này nhằm mục đích chính là khuyến khích người dân sử dụng điện năng tiết kiệm và hiệu quả.

- Mục đích của việc tạo ra cách tính này là do hiện nay nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt, nguồn năng lượng không tái tạo cạn dần, nguồn năng lượng tái tạo chưa được khai thác tối đa, dẫn đến nguồn nguyên liệu đầu vào của ngành sản xuất điện ngày càng phải khan hiếm. Do đó người ta áp dụng sẽ tăng giá điện để con người sử dụng điện một cách hợp lí, tiết kiệm hơn. Tránh lãng phí nguồn tài nguyên điện.

2. Cho các thông tin về bóng đèn sợi đốt và bóng đèn LED có cùng cường độ sáng như sau:

Giả sử trung bình mỗi bóng đèn sử dụng 5h/ngày, em hãy tính tiền điện phải trả cho từng bóng đèn mỗi tháng và trong 30 000 h, từ đó lập luận để so sánh về hiệu quả kinh tế khi sử dụng hai loại bóng đèn trên.

Trả lời:

* Cách tính thứ nhất:

- Đèn sợi đốt

+ Số bóng sử dụng trong 1 tháng là 1 bóng. Tiền mua 1 bóng đèn là 8000 đồng.

+ Điện năng tiêu thụ trong 1 tháng: A=P.t=100.5.30=15kW.h

+ Giá tiền điện phải trả trong 1 tháng: 15 . 2 000 = 30 000 đồng

⇒ Tổng số tiền phải trả cho một tháng sử dụng bóng đèn sợi đốt là:

30 000 + 8 000 = 38 000 đồng.

- Khi sử dụng trong 30 000 h thì số bóng đèn phải sử dụng là: 30 000 : 1000 = 30 bóng

+ Số tiền phải mua bóng đèn là: 30 . 8 000 = 240 000 đồng

+ Điện năng tiêu thụ trong 30 000 h: A=P.t=100.30000=3000kW.h

+ Giá tiền điện phải trả trong 30 000 h là: 3 000 . 2 000 = 6 000 000 đồng

⇒ Tổng số tiền phải trả cho 30 000 h sử dụng bóng đèn sợi đốt là:

6 000 000 + 240 000 = 6 240 000 đồng.

- Đèn LED

- Lượng điện một bóng đèn LED tiêu thụ trong 1 tháng: A₂ = P₂.t = 20.5.30 = 3000 (W.h) = 3 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 3.2000 = 6000 (đồng)

- Lượng điện một bóng đèn sợi đốt tiêu thụ trong 1 tháng: A₁ = P₁.t = 100.5.30 = 15 000 (W.h) = 15 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 15.2000 = 30 000 (đồng)

- Khi sử dụng trong 30 000 h thì số bóng đèn phải sử dụng là 1 bóng

+ Số tiền phải mua bóng đèn là: 48 000 đồng

+ Điện năng tiêu thụ trong 30 000 h: A=P.t=20.30000=600kW.h

+ Giá tiền điện phải trả trong 30 000 h là: 600 . 2 000 = 1 200 000 đồng

⇒Tổng số tiền phải trả cho 30 000 h sử dụng bóng đèn LED là:

1 200 000 + 48 000 = 1 248 000 đồng.

So về hiệu quả kinh tế và độ bền thì ta nên sử dụng bóng đèn LED.

* Cách tính thứ hai:

- Trong 1 tháng ta có:

Lượng điện một bóng đèn sợi đốt tiêu thụ trong 1 tháng là: A₁ = P₁.t = 100.5.30 = 15 000 (W.h) = 15 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 15.2000 = 30 000 (đồng)

Lượng điện một bóng đèn LED tiêu thụ trong 1 tháng là: A₂ = P₂.t = 20.5.30 = 3000 (W.h) = 3 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 3.2000 = 6000 (đồng)

- Trong 30000 h ta có:

Để thắp sáng 30 000 h cần 30 bóng đèn sợi đốt hết số tiền là: 30.8000 = 240 000 (đồng)

Lượng điện của bóng đèn sợi đốt tiêu thụ trong 30 000 h là: 100.30 000 = 3000 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 3000.2000 = 600 0000 (đồng) ⇒ Tổng chi phi: 6 240 000 (đồng)

Lượng điện của bóng đèn LED tiêu thụ trong 30 000 h là: 20.30 000 = 600 kW.h

⇒ Tiền điện phải trả là: 600.2000 = 1 200 000 (đồng) ⇒ Tổng chi phí: 1 248 000 (đồng)

⇒ Để phục vụ ánh sáng sinh hoạt trong thời gian dài, ta nên dùng bóng đèn LED sẽ nhiều hiệu quả về kinh tế hơn, và tiết kiệm điện năng hơn rất nhiều.

III. Bài tập

Bài 1 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 109): Trên nhãn của bóng đèn 1 có ghi 220 V - 20 W và bóng đèn 2 có ghi 220 V - 10 W. Coi điện trở của mỗi bóng đèn không thay đổi.

a) Tính năng lượng điện tiêu thụ của mỗi bóng đèn khi sử dụng ở hiệu điện thế 200 trong thời gian 2 giờ.

b) Tính tổng công suất điện tiêu thụ của cả hai bóng đèn trong những trường hợp sau:

- Mắc song song hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V.

- Mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V.

c) Dùng cách mắc nào nêu trên để cả hai bóng đèn đều sáng bình thường? Tại sao?

Trả lời:

c) Dùng cách mắc 2 bóng đèn song song để đèn sáng bình thường vì khi đó bóng đèn hoạt động đúng công suất định mức.

Bài 2 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 25 (trang 109): Thông thường, ở nước ta hiệu điện thế mạng điện trong các gia đình, trường học... là 220 V. Em hãy tìm hiểu về hiệu điện thể định mức, công suất định mức của mỗi thiết bị điện, cách mắc các thiết bị điện dùng trong lớp học của em và thời gian sử dụng trung bình của từng thiết bị mỗi tháng để làm các việc sau:

a) Vẽ lại sơ đồ mạch điện.

b) Áp dụng giá điện trong Hoá đơn GTGT (tiền điện) ở đầu của bài học để dự tính tiền điện trung bình phải trả mỗi tháng cho lớp học.

c) Hãy đề xuất phương án sử dụng tiết kiệm điện cho gia đình, lớp học.

Trả lời:

a) Gợi ý:

Cách vẽ: Ưu tiên sử dụng cách mắc song song để sử dụng các thiết bị độc lập với nhau.

Ví dụ: một bóng đèn ghi 220 V – 100 W thì chỉ khi nào dụng cụ được dùng ở đúng hiệu điện thế 220 V thì công suất điện của nó mới bằng 100 W.

- Hiệu điện thế định mức là giá trị hiệu điện thế dụng cụ điện cần được cung cấp để hoạt động bình thường.

- Công suất định mức của mỗi dụng cụ điện cho biết công suất mà dụng cụ đó tiêu thụ khi hoạt động bình thường.

b)

Giả sử lớp học sử dụng các thiết bị sau:

- 6 bóng đèn LED có công suất 10W và sử dụng 6h/ ngày

- 4 quạt trần có công suất 60W và sử dụng 4h/ ngày

- 4 quạt treo tường công suất 50W và sử dụng 4h/ ngày

- 2 điều hoà công suất 750W và sử dụng 4h/ ngày

- Đơn giá điện tiêu thụ được tính theo các mốc:

Áp dụng để tính số điện tiêu thụ của lớp học trong 1 tháng

Điện năng tiêu thụ trong 1 tháng:

(6.10.6 + 4.60.4 + 4.50.4 + 2.750.4) . 30 = 243 600 W.h = 243,6 kWh

Số tiền điện phải trả:

50.1549 + 50.1600 + 100.1858 + 43,6.2340 = 445 274 đồng

c) Phương án tiết kiệm điện cho gia đình, lớp học

- Có thể lựa chọn thay đổi cách lắp mạch điện hoặc lựa chọn bóng đèn có công suất nhỏ hơn.