Công suất không phải độ sáng
Độ sáng cảm nhận phụ thuộc quang thông, hiệu suất phát sáng và điều kiện chiếu sáng; hai đèn có công suất giống nhau không nhất thiết phát sáng như nhau. Khi lựa chọn đèn nên xem cả lumen và W.
HAT Physics Learning · VẬT LÍ 11 · KẾT NỐI TRI THỨC
BÀI 25 · NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN
Điện năng tiêu thụ · Công suất điện · Định mức · Công tơ điện
01 · Mục tiêu
Định lượng điện năng và công suất – sử dụng điện có căn cứ
Kiến thức
Nêu được ý nghĩa của năng lượng điện tiêu thụ, công suất điện, công suất định mức và số điện trên công tơ. Thiết lập được \(W=UIt=Pt\), \(P=UI\) đối với dòng điện không đổi.
Kĩ năng
Đổi J, Wh, kWh; đọc nhãn thiết bị và hóa đơn; tính thời gian dùng, điện năng, chi phí theo đơn giá giả định; giải thích chênh lệch điện năng khi thay đổi công suất.
Điều kiện áp dụng: Các công thức \(W=UIt\), \(P=UI\) dùng khi U và I không đổi trong khoảng xét. \(P=I^2R=U^2/R\) chỉ áp dụng trực tiếp cho đoạn mạch thuần trở tuân theo định luật Ohm. Công suất ghi trên nhãn đạt khi thiết bị hoạt động ở điều kiện định mức, không mặc nhiên là công suất ở mọi thời điểm.
02 · Kiến thức trọng tâm
Điện năng – Công suất – Định mức – Hóa đơn điện
I. Năng lượng điện
Dòng điện truyền năng lượng từ nguồn đến thiết bị tiêu thụ. Với U và I không đổi, năng lượng điện mà thiết bị nhận được trong thời gian t là W=UIt. Năng lượng này có thể biến đổi thành nhiệt năng, quang năng, cơ năng... tùy thiết bị. Công tơ điện ghi nhận điện năng (kWh), không phải công suất.
Sơ đồ nguyên lí chuyển hóa năng lượng; công tơ điện đo lượng điện năng của hệ thiết bị trong thời gian sử dụng.
II. Công suất điện và số liệu định mức
Công suất điện P cho biết tốc độ tiêu thụ điện năng: cùng thời gian, thiết bị có P lớn hơn tiêu thụ nhiều điện năng hơn nếu hoạt động ở công suất đó. Ví dụ nhãn 220 V – 100 W xác định công suất 100 W khi hoạt động ở điện áp định mức 220 V.
III. Bảng kí hiệu – đơn vị
| Đại lượng | Kí hiệu | Đơn vị SI | Lưu ý |
|---|---|---|---|
| Hiệu điện thế | U | V | Giữa hai đầu thiết bị |
| Dòng điện | I | A | Dòng qua thiết bị |
| Thời gian | t | s | Đổi giờ ra giây khi tính J |
| Điện năng | W | J | Thường dùng Wh hoặc kWh |
| Công suất | P | W (oát) | Không nhầm W (oát) với W kí hiệu điện năng |
Hệ thống công thức chuẩn
Công của lực điện và điện năng tiêu thụ
\[W=A=qU=UIt\]
U và I không đổi; q=It; W tính bằng J
Công suất điện tiêu thụ
\[P=\frac{W}{t}=UI\]
P tính bằng W; áp dụng khi U,I không đổi
Công suất của vật dẫn thuần trở
\[P=I^2R=\frac{U^2}{R}\]
R không đổi trong điều kiện khảo sát; U là điện áp hai đầu R
Quy đổi đơn vị điện năng
\[1\,\mathrm{kWh}=3{,}6\times10^6\,\mathrm{J}\]
1 kWh = 1000 Wh, không phải kW
Điện năng theo nhãn công suất
\[W(\mathrm{kWh})=P(\mathrm{kW})\,t(\mathrm h)\]
Chỉ khi công suất thực tế bằng P đã dùng
Tính điện lượng qua tiết diện
\[q=It\]
q bằng C nếu I tính A, t tính s
Nhiệt lượng Joule–Lenz, mở rộng
\[Q=I^2Rt\]
Chỉ xét điện năng chuyển hoàn toàn thành nhiệt trong điện trở
Hiệu suất năng lượng, mở rộng
\[\eta=\frac{W_{\mathrm{ích}}}{W_{\mathrm{vào}}}\times100\%\]
Dùng cùng khoảng thời gian và cùng hệ đơn vị
IV. Tám ví dụ giải mẫu có lời giải
Ví dụ 1 · Điện năng theo U,I,t – Đặt U=12 V lên điện trở, đo I=2 A liên tục trong 5 phút. Tính W (J).
Lời giải: t=5×60=300 s; W=UIt=12×2×300=7200 J.
Đáp số: 7200 J
Ví dụ 2 · Điện năng theo công suất – Một bóng đèn LED tiêu thụ công suất ổn định 10 W trong 4 giờ. Tính điện năng (Wh và kWh).
Lời giải: W=Pt=10×4=40 Wh = 0,040 kWh.
Đáp số: 40 Wh = 0,04 kWh
Ví dụ 3 · Tính công suất – Một thiết bị có U=220 V, I=0,5 A không đổi. Tính P.
Lời giải: P=UI=220×0,5=110 W.
Đáp số: 110 W
Ví dụ 4 · Thiết bị thuần trở – Điện trở R=20 Ω mắc vào hiệu điện thế không đổi U=10 V. Tính công suất.
Lời giải: P=U²/R=10²/20=5 W.
Đáp số: 5 W
Ví dụ 5 · Công tơ điện – Công tơ đầu kì chỉ 3156,8 kWh, cuối kì chỉ 3218,3 kWh. Tính số điện tiêu thụ.
Lời giải: W=3218,3−3156,8=61,5 kWh.
Đáp số: 61,5 kWh
Ví dụ 6 · Chi phí minh họa – Một ấm 1500 W hoạt động 20 phút/ngày trong 30 ngày. Với đơn giá giả định 2000 đồng/kWh, tính tiền điện.
Lời giải: W=1,5×(20/60)×30=15 kWh; tiền=15×2000=30000 đồng.
Đáp số: 30 000 đồng
Ví dụ 7 · Nhãn định mức – Đèn ghi “220 V – 44 W”. Giả sử vận hành đúng định mức, tính I.
Lời giải: I=P/U=44/220=0,2 A.
Đáp số: 0,2 A
Ví dụ 8 · Tiết kiệm điện – Thay đèn 60 W bằng đèn 10 W với cùng số giờ sáng 5 giờ/ngày trong 30 ngày. Tính điện năng giảm.
Lời giải: ΔP=0,060−0,010=0,050 kW; ΔW=0,05×5×30=7,5 kWh.
Đáp số: 7,5 kWh
Phân biệt quan trọng: Kí hiệu W có thể dùng cho điện năng trong công thức, còn W đặt sau giá trị số là oát (đơn vị công suất). Trong bài, năng lượng được kí hiệu W, công suất P để tránh nhập nhằng. Biểu giá minh họa trong các bài tập là giả định, không phải biểu giá điện hiện hành.
03 · Quan sát & thí nghiệm
Ba mô phỏng điện năng – công suất có số liệu thực hành
Phiếu dự đoán
1. Giữ U không đổi, tăng R thì P của điện trở tăng hay giảm? 2. Hai bóng 10 W và 60 W cùng sáng 5 giờ tiêu thụ điện năng chênh lệch bao nhiêu? 3. Vì sao công suất định mức không phải lúc nào cũng bằng công suất thực tế?
01
Đo điện năng – công suất trên điện trở
Điều chỉnh U, R và thời gian cấp điện. Thiết bị được mô hình hóa là điện trở thuần không đổi. Dòng điện, công suất và điện năng tự cập nhật.
Dòng điện—
Công suất—
Điện năng—
| Lần | U (V) | R (Ω) | I (A) | P (W) | t (phút) | W (Wh) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Chưa có phép đo. | ||||||
02
Công tơ điện và dự tính chi phí sử dụng
Chọn công suất, số thiết bị, số giờ dùng mỗi ngày và số ngày. Đơn giá là giả định nhập vào, không đại diện cho biểu giá bán điện hoặc thuế thực tế.
Điện năng sử dụng—
Chi phí minh họa—
Điện năng một ngày—
Mô hình giả sử thiết bị hoạt động liên tục ở đúng công suất đã nhập; không tự tính bậc thang, phí và thuế.
03
Phân bố công suất của nguồn thực – vận dụng mở rộng
Khảo sát sự phân chia công suất nguồn thành công suất có ích ở tải và nhiệt tỏa tại điện trở trong. Không xem đây là điều kiện bắt buộc khi làm kiểm tra Bài 25.
Công suất nguồn ℰI—
Công suất tải I²R—
Hiệu suất—
Trong mô hình nguồn đang phát điện, \(P_{\rm nguồn}=\mathcal E I=P_R+P_r\) và \(P_r=I^2r\). Không cho nguồn thật hoạt động đoản mạch để khảo sát.
04 · Luyện tập
36 bài tự luyện phân hóa + kiểm tra 22 câu V4
36Bài tự luyện
6Nhóm bài
22Câu kiểm tra
10Điểm tối đa
Phần A · Ngân hàng bài tập có lời giải
Nhập đáp số không kèm đơn vị (có thể dùng dấu phẩy hoặc dấu chấm). Mỗi bài có lời giải, điều kiện và đơn vị rõ ràng. Điện năng tính theo kWh chỉ khi thời gian dùng giờ, công suất dùng kW.
0/36 bài đúng
Trang 1/5
Phần B · Kiểm tra 22 câu – 10 điểm
8 câu ABCD (2 điểm), 4 câu Đúng/Sai bốn ý (4 điểm), 8 câu trả lời ngắn (2 điểm), 2 câu tự luận (2 điểm theo rubric). Đáp án không hiện trước khi nộp.
05 · Hệ thống hóa
Bản đồ tư duy – Năng lượng và công suất điện
Hệ thống công thức, đơn vị, điều kiện và các dạng bài. Trên điện thoại, vuốt ngang để quan sát sơ đồ.
Xem sơ đồ dạng văn bản
- Điện năng: W=UIt=Pt (J, Wh, kWh).
- Công suất: P=UI (W).
- Đoạn thuần trở: P=I²R=U²/R.
- Điện năng cộng dồn từ công tơ: chỉ số cuối − đầu.
- Tiền điện giả định = kWh × đơn giá đã chọn.
06 · Em có biết?
Điện năng trong đời sống – hiểu đúng những con số trên nhãn
kW và kWh khác nhau
kW đo công suất tại một thời điểm (hoặc mức công suất), còn kWh đo lượng năng lượng đã sử dụng trong một khoảng thời gian. 1 kWh có thể là thiết bị 1000 W chạy 1 h hoặc 100 W chạy 10 h.
Tiết kiệm đúng cách
Giảm thời gian dùng không cần thiết, dùng thiết bị hiệu suất cao, bảo dưỡng thiết bị. Không thực hiện phép đo công suất trực tiếp với điện lưới khi chưa có thiết bị, sự giám sát và quy trình an toàn phù hợp.
Câu hỏi mở rộng: Vì sao một máy lạnh ghi công suất điện định mức 1200 W nhưng điện năng đo trên công tơ trong một giờ không nhất thiết là 1,2 kWh? Hãy nêu các trạng thái vận hành khiến công suất thực tế thay đổi.