Bài 13. Năng lượng của dòng điện và công suất điện trang 34, 35, 36 SBT Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức

13.1

Trên một bóng đèn có ghi 12 V – 6 W. Đèn này được sử dụng với đúng hiệu điện thế định mức. Hãy tính:

a) Điện trở của đèn khi đó.

b) Điện năng mà đèn sử dụng trong 5 giờ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về định luật OHM và năng lượng của dòng điện

Lời giải chi tiết:

Điện trở của đèn khi đó là: \(R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{12}^2}}}{6} = 24(\Omega )\)

Điện năng mà đèn sử dụng trong 5 giờ là: \(A = Pt = 6.5.60.60 = 108000(J)\)

13.2

Một bóng đèn có ghi 220 V – 100 W được mắc vào hiệu điện thế 220 V. Biết đèn được sử dụng trung bình 4 giờ một ngày. Điện năng tiêu thụ của bóng đèn này trong 30 ngày là bao nhiêu?

A. 12 kW.h.

B. 400 kW.h.

C. 1 440 kW.h.

D. 43 200 kW.h.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện năng tiêu thụ

Lời giải chi tiết:

Điện năng tiêu thụ của bóng đèn này trong 30 ngày là:\(A = Pt = \frac{{100.30.4.60.60}}{{3,{{6.10}^6}}} = 12(kWh)\)

Đáp án: A

13.3

Cường độ dòng điện chạy trong bóng đèn nào trong hai mạch điện ở Hình 13.1 lớn hơn? Bóng đèn nào có điện trở lớn hơn?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về mạch điện

Lời giải chi tiết:

\({I_1} = \frac{{{P_1}}}{{{U_1}}} = \frac{{12}}{4} = 3(A) \to {R_1} = \frac{{{U_1}}}{{{I_1}}} = \frac{4}{3}(\Omega )\)

\({I_2} = \frac{{{P_2}}}{{{U_2}}} = \frac{{12}}{6} = 2(A) \to {R_2} = \frac{{{U_2}}}{{{I_2}}} = \frac{6}{2} = 3(\Omega )\)

Vậy I₁ lớn hơn; R₂ lớn hơn.

13.4

Hai đoạn dây dẫn, mỗi đoạn có điện trở 5 Ω. Ban đầu hai điện trở mắc nối tiếp, sau đó được mắc song song. Trong cả hai trường hợp đều mắc đoạn mạch vào hiệu điện thế 4,5 V. Xét trong cùng một thời gian, với trường hợp nào thì điện năng tiêu thụ lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu lần?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện năng tiêu thụ

Lời giải chi tiết:

\({A_{nt}} = \frac{{{U^2}}}{{{R_{nt}}}}.t\)

\({A_{//}} = \frac{{{U^2}}}{{{R_{//}}}}.t\)

\( \Rightarrow \frac{{{A_{nt}}}}{{{A_{//}}}} = \frac{{{R_{//}}}}{{{R_{nt}}}} = \frac{{2,5}}{{10}} = \frac{1}{4}\)

Vậy điện năng tiêu thụ ở trường hợp mắc song song lớn hơn 4 lần

13.5

Có thể dùng sơ đồ mạch điện nào dưới đây (Hình 13.2) để xác định công suất tiêu thụ điện trên điện trở R?

A. Sơ đồ 1.

B. Sơ đồ 2.

C. Sơ đồ 3.

D. Sơ đồ 4.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

Lời giải chi tiết:

Dùng sơ đồ mạch điện 4 để xác định công suất tiêu thụ điện trên điện trở R

Đáp án: D

13.6

Ba điện trở được mắc theo sơ đồ mạch điện ở Hình 13.3. So sánh công suất tiêu thụ điện trên điện trở R₃ và trên điện trở R₁ khi đóng khoá K.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

Lời giải chi tiết:

Khi đóng khoá K:

\(\frac{{{P_3}}}{{{P_1}}} = \frac{{{U^2}.{R_1}}}{{{U^2}.{R_3}}} = \frac{4}{2} = 2\)

Công suất điện trên R₃ lớn hơn công suất điện trên R₁ (P₃ = 2P₁)

13.7

Một mạch điện được mắc như Hình 13.4. Xác định cường độ dòng điện chạy trong mạch và công suất tiêu thụ điện trên điện trở R₂ khi đóng khoá K.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

Lời giải chi tiết:

Khi đóng khoá K:

Cường độ dòng điện chạy trong mạch là: \(I = \frac{U}{R} = \frac{{20}}{{5 + 15}} = 1(A)\)

Công suất tiêu thụ điện trên điện trở R₂ là: \({P_2} = {I^2}.{R_2} = {1^2}.15 = 15(W)\)

13.8

Trên bóng đèn dây tóc Đ₁ có ghi 220 V – 100 W và trên bóng đèn dây tóc Đ₂ có ghi 220 V – 40 W.

a) So sánh điện trở của hai bóng đèn khi chúng sáng bình thường.

b) Mắc nối tiếp hai bóng này vào hiệu điện thế 220 V thì đèn nào sáng hơn vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ. Cho rằng điệu trở của các bóng đèn có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

c) Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn, vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ.a

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về mạch điện

Lời giải chi tiết:

a) Đèn sáng bình thường, tức là đúng công suất định mức:

\({R_1} = \frac{{{U_1}^2}}{{{P_1}}} = \frac{{{{220}^2}}}{{100}} = 484(\Omega )\)

\({R_2} = \frac{{{U_2}^2}}{{{P_2}}} = \frac{{{{220}^2}}}{{40}} = 1210(\Omega )\)

→ R₂ > R₁

b) Đèn Đ₂ sáng hơn.Vì khi mắc nối tiếp hai đèn, đèn Đ₂ có điện trở lớn hơn nên hiệu điện thế giữa hai đầu đèn lớn hơn, do đó công suất tiêu thụ lớn hơn.

Điện năng đoạn mạch tiêu thụ trong 1 giờ:

\(A = \frac{{{U^2}}}{R}.t = \frac{{{{220}^2}}}{{484 + 1210}}.60.60 \approx 103000(J)\)

c) Đèn 1 sáng hơn, vì hai đèn được dùng đúng hiệu điện thế định mức nên đèn nào có công suất định mức lớn hơn thì sáng hơn.

Điện năng mà mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ:

\(A = \frac{{{U^2}}}{R}.t = \frac{{{{220}^2}}}{{345,7}}.60.60 = 504000(J)\)

13.9

Sử dụng loại đèn nào dưới đây tiết kiệm điện nhất?

A. Đèn compact.

B. Đèn dây tóc nóng sáng.

C. Đèn LED (điốt phát quang).

D. Đèn ống (đèn huỳnh quang).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện trong đời sống

Lời giải chi tiết:

Đèn LED (điốt phát quang) sẽ tiết kiệm điện nhất

Đáp án: C

13.10

Một bàn là điện được sử dụng với đúng hiệu điện thế định mức là 220 V, trong 15 phút tiêu thụ một lượng điện năng là 720 kJ. Hãy tính:

a) Công suất điện của bàn là.

b) Cường độ dòng điện chạy qua bàn là và điện trở của nó khi đó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện

Lời giải chi tiết:

a) Công suất điện của bàn là: \(P = \frac{A}{t} = \frac{{720000}}{{15.60}} = 800({\rm{W}})\)

b) Cường độ dòng điện chạy qua bàn là và điện trở của nó khi đó là:

\(I = \frac{P}{U} = \frac{{800}}{{220}} = \frac{{40}}{{11}} \approx 3,6(A)\)

13.11

Bóng đèn tiết kiệm điện

Bóng đèn tiết kiệm điện là bóng đèn được áp dụng công nghệ chiếu sáng tiên tiến nên sử dụng ít năng lượng điện hơn so với các loại bóng đèn truyền thống (bóng đèn sợi đốt, bóng đèn huỳnh quang), do đó giảm chi phí tiền điện đáng kể. Vì thế bóng đèn tiết kiệm điện là một trong những loại đèn được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Sử dụng bóng đèn tiết kiệm điện có ít nhất bốn lợi ích:

– Tiết kiệm điện, do đó giảm chi phí tiền điện hàng tháng;

– Bảo vệ môi trường vì giảm tiêu thụ năng lượng điện nên giảm phát thải khí nhà kính;

– Ánh sáng chất lượng cao, ánh sáng đèn toả ra không làm chói mắt;

– Tuổi thọ dài nên giảm tần suất, chi phí thay thế bóng đèn.

Hai loại đèn tiết kiệm điện được sử dụng nhiều nhất hiện nay là đèn LED và đèn compact tiết kiệm điện:

– Đèn compact loại bóng xoáy cho hiệu suất chiếu sáng tốt và tiết kiệm điện năng hơn so với bóng đèn thông thường (đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang lớn). Năng lượng điện tiêu thụ của nó chỉ bằng 20% năng lượng tiêu thụ của đèn sợi đốt cùng cường độ sáng, đặc biệt nhiệt toả ra rất thấp, không nóng. Tuổi thọ của đèn compact đạt tới 6 000 giờ.

– Đèn LED tiết kiệm điện có khả năng tiết kiệm từ 80% đến 90% điện năng so với đèn sợi đốt, cường độ chiếu sáng của đèn này cao hơn bóng đèn sợi đốt và đèn compact.

a) Hãy khoanh vào từ “Đúng” hoặc “Sai” để đánh giá mỗi nhận định dưới đây về bóng đèn tiết kiệm điện.

b) Phải thay bóng đèn compact có công suất bằng bao nhiêu cho bóng đèn sợi đốt công suất 60 W để đảm bảo có cùng cường độ sáng?

c) Điều nào không đúng khi nói về lợi ích của việc sử dụng bóng đèn tiết kiệm điện?

A. Tiết kiệm điện năng tiêu thụ.

B. Giảm chi phí tiền điện.

C. Sưởi ấm căn phòng.

D. Tuổi thọ dài.

d) Thay bóng đèn sợi đốt 60 W bằng bóng đèn compact công suất 12 W tiết kiệm được bao nhiêu điện năng trong một ngày? Biết mỗi ngày thắp sáng đèn trong 4 giờ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện

Lời giải chi tiết:

a) 1 – Sai. Đèn LED có giá thành thấp

2 – Đúng.

3 – Sai. Hiệu suất chiếu sáng của bóng đèn sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang kém hơn đèn compact, đèn LED tiết kiệm điện.

4 – Sai. Đèn compact và đèn LED đều có nhiều ưu điểm khác nhau.

b) Công suất đèn compact: 12 W

Vì năng lượng điện tiêu thụ của nó chỉ bằng 20% đèn sợi đốt

c) Bóng đèn không có chức năng sưởi ấm căn phòng.

d) Thay bóng đèn sợi đốt 60 W bằng bóng đèn compact công suất 12 W, trong 1 ngày sẽ tiết kiệm được: \(\Delta {\rm A} = \Delta P.t = 48.4.60.60 = 691200(J)\)