Bài 11. Năng lượng điện. Công suất điện trang 29, 30, 31 SBT Khoa học tự nhiên 9 Chân trời sáng tạo: Bộ phận chính của bếp điện là một cuộn dây dẫn có điện trở R toả nhiệt...

11.1

Năng lượng điện mà đoạn mạch điện tiêu thụ được xác định bởi

A. tích của hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch và cường độ dòng điện.

B. thương của hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch và cường độ dòng điện.

C. tích của hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch.

D. thương của hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch.

Vận dụng kiến thức về năng lượng điện

\(Q = UIt\)

Đáp án: C

11.2

Bộ phận chính của bếp điện là một cuộn dây dẫn có điện trở R toả nhiệt khi có hiệu điện thế U đặt giữa hai đầu và cường độ dòng điện I chạy qua trong thời gian t. Biểu thức nào sau đây không thể dùng để tính năng lượng điện mà bếp điện tiêu thụ?

A. \(Ult.\)

B. \(\frac{{{U^2}}}{R}t.\)

C. \({I^2}Rt.\)

D. \(IRt.\)

Vận dụng kiến thức về năng lượng điện

\(Q = UIt = {I^2}Rt = \frac{{{U^2}}}{R}t\)

Đáp án: D

11.3

Một đoạn mạch điện gồm hai điện trở R₁ và R₂ mắc nối tiếp vào hiệu điện thế U. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch được xác định bởi biểu thức

A. \(\frac{U}{{{R_1} + {R_2}}}\)

B. \(\frac{U}{{2({R_1} + {R_2})}}\)

C. \({U^2}\frac{{{R_1}.{R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\)

D. \(\frac{{{U^2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\)

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

\(P = \frac{{{U^2}}}{R} = \frac{{{U^2}}}{{{R_1} + {R_2}}}\)

Đáp án: D

11.4

Khi đặt hiệu điện thế U giữa hai đầu một vật dẫn có điện trở R không đổi thì công suất tiêu thụ của nó là P. Nếu đặt hiệu điện thế 2U giữa hai đầu vật dẫn đó là thì công suất tiêu thụ của nó là bao nhiêu?

A.P.

B. 2P.

C. 4P.

D.\(\frac{P}{2}\).

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

\(P’ = \frac{{U{‘^2}}}{R} = \frac{{4{U^2}}}{R} = 4P\)

Đáp án: C

11.5

Cần bao nhiêu năng lượng điện để thắp sáng một bóng đèn 10 W liên tục trong 8 giờ?

A. 80 J.

B. 288 J.

C. 288 000 J.

D. 1,2 J.

Vận dụng kiến thức về năng lượng điện

\({\rm{W = Pt}} = 10.8.60.60 = 288000(J)\)

Đáp án: C

11.6

Trên nhãn một ấm điện có ghi 220 V – 1500 W.

a) Giải thích các số liệu ghi trên ấm.

b) Tính điện trở của ấm điện khi nó hoạt động ở điều kiện làm việc theo thiết kế.

c) Giả sử ấm đun sôi nước trong 3 phút. Tính năng lượng điện mà ấm điện tiêu thụ.

Vận dụng kiến thức về năng lượng điện

a) 220V là hiệu điện thế định mức của ấm điện; 1500 W là công suất định mức của ấm điện khi hoạt động ở hiệu điện thế định mức.

b) Điện trở của ấm điện: \(R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{220}^2}}}{{1500}} \approx 32,3(\Omega )\)

c) Năng lượng điện mà ấm điện tiêu thụ:

\(W = Pt = 1500.(3.60) = 270000{\rm{ }}\left( J \right) = 270{\rm{ }}\left( {kJ} \right)\)

11.7

Một bóng đèn LED có công suất điện 17 W khi được mắc vào hiệu điện thế 220 V. Tính:

a) Cường độ dòng điện chạy qua đèn.

b) Điện trở của đèn.

Vận dụng kiến thức về công suất điện

a) Cường độ dòng điện qua đèn: \(I = \frac{P}{U} = \frac{{17}}{{220}} \approx 0,077(A)\)

b) Điện trở của đèn: \(R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{220}^2}}}{{17}} \approx 2847(\Omega )\)

11.8

Một tủ lạnh có công suất điện định mức 110 W. Tính năng lượng điện mà tủ lạnh tiêu thụ trong mỗi tháng (30 ngày) theo đơn vị kWh. Biết rằng đối với các thiết bị được nối với nguồn điện liên tục trong thời gian dài thì thời gian thiết bị hoạt động đúng công suất điện định mức chỉ bằng một nửa thời gian Tự thiết bị được nối với nguồn điện.

Vận dụng kiến thức về công suất tiêu thụ

Công suất tiêu thụ: \(P = 110{\rm{ }}W = 0,11{\rm{ }}kW.\)

Thời gian tủ lạnh hoạt động trung bình ở công suất định mức trong 1 tháng:

\(t = \frac{1}{2}.20.24h = 360h\)

Năng lượng điện mà tủ lạnh tiêu thụ: \(W = Pt = 0,11.360 = 39,6{\rm{ }}\left( {kWh} \right)\)

11.9

Một thợ điện nhận nhiệm vụ lắp đặt một lò nướng điện có công suất điện định mức 6,6 kW với nguồn cấp điện 220 V trong nhà.

a) Tính cường độ dòng điện qua lò nướng điện khi nó hoạt động bình thường.

b) Bảng dưới đây cho biết cường độ dòng điện tối đa có thể đi qua năm dây cáp điện khác nhau. Để lắp đặt lò nướng điện đã cho với nguồn điện trong nhà, người thợ điện nên chọn dây cáp nào? Vì sao?

c) Điều gì có thể xảy ra nếu người thợ điện chọn dây cáp có tiết diện nhỏ hơn? Giải thích.

Vận dụng kiến thức về khoa học và xã hội

a) Cường độ dòng điện: \(I = \frac{P}{U} = & \frac{{6600}}{{220}} = 30(A)\)

b) Để đảm bảo an toàn, người thợ phải chọn dây dẫn có thể chịu được cường độ dòng điện tối đa I_max lớn hơn cường độ dòng điện thực tế I_sd đi qua lò nướng. Người thợ điện nên chọn loại D, vì nó vừa thoả điều kiện I_sdmax vừa đảm bảo tiết kiệm, vì dây có tiết diện càng lớn thì giá càng cao.

c) Nếu chọn dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn thì I_sd > I_max, dây sẽ bị cháy, gây sự cố về điện.

11.10

Các thiết bị điện trong hình dưới đây được mắc song song với nhau vào hiệu điện thế 220 V gồm: ấm điện 220 V – 1200 W, bếp điện 220 V – 900 W, nồi cơm điện 220 V – 860 W và một bóng đèn 220 V – 60 W. Trong mạch chính có gắn một cầu dao tự động, còn gọi là CB (CB là từ viết tắt của Circuit Breaker).

a) Việc sử dụng cầu dao tự động ở mạch điện trong nhà có những lợi ích gì?

b) Khi các thiết bị điện hoạt động thì cường độ dòng điện qua mỗi thiết bị điện bằng bao nhiêu?

c) Để mạch điện này được an toàn khi tất cả các thiết bị điện nói trên hoạt động cùng lúc thì cần chọn loại CB chịu được cường độ dòng điện tối đa là bao nhiêu?

Vận dụng kiến thức về khoa học và xã hội

a) Cầu dao tự động hay còn gọi là CB, là thiết bị có chức năng bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống các thiết bị điện trong gia đình. Nó có thể tự động ngắt mạch điện để bảo vệ hệ thống điện khi xảy ra sự cố.

CB có tính năng nổi bật hơn so với cầu dao cơ vì CB hoàn toàn có thể tự ngắt khi điện quá tải, trong khi cầu dao cơ là tự nổ dây chì khi điện quá tải. Vì vậy, khi khắc phục lại dòng điện, chỉ việc đóng CB còn ở cầu dao cơ phải thay dây chì rồi mới đóng mạch điện trở lại.

b) Cường độ dòng điện qua ấm điện: \({I_1} = \frac{{{P_1}}}{U} = \frac{{1200}}{{220}} \approx 5,45(A)\)

Cường độ dòng điện qua bếp điện: \({I_2} = \frac{{{P_2}}}{U} = \frac{{900}}{{220}} \approx 4,09(A)\)

Cường độ dòng điện bóng đèn: \({I_3} = \frac{{{P_3}}}{U} = \frac{{860}}{{220}} \approx 3,91(A)\)

Cường độ dòng điện qua nồi cơm điện: \({I_4} = \frac{{{P_4}}}{U} = \frac{{60}}{{220}} \approx 0,27(A)\)

c) Khi tất cả bốn thiết bị điện nói trên hoạt động cùng lúc thì cường độ dòng điện chạy trong mạch chính là:

\(I = {I_1} + {I_2} + {I_3} + {I_4} = 5,45 + 4,09 + 3,91 + 0,27 \approx 13,72{\rm{ }}\left( A \right)\)

Do đó, để mạch điện trong nhà được an toàn, cần chọn loại CB chịu được cường độ dòng điện tối đa 15 A (hoặc lớn hơn 15 A một chút).