1. Điện năng là gì?
Điện năng chính là năng lượng của dòng điện. Dòng điện luôn đem theo năng lượng, do đó nó luôn sinh ra một công của lực và tạo thành là cơ năng. Để truyền tải điện năng tới nơi sử dụng chúng ta sử dụng hệ thống dây dẫn điện.
Mốt số khái niệm thường gặp gắn liền với điện năng trong cuộc sống:
- Điện năng tiêu thụ: năng lượng tiêu hao của một thiết bị máy móc sử dụng điện. Thông thường điện năng tiêu thụ được đo bằng đơn vị W hoặc KWh. Tại Việt Nam đại lượng này còn đươkc gọi tắt là số điện. Cụ thể 1 số điện bằng 1KWh và tương đương bằng 1000 Wh.
- Điện sản xuất: lượng điện được sinh ra từ các nguồn cấp như nước, than đá hay gió, điện hạt nhân và máy phát điện công nghiệp. Ở đất nước chúng ta, nguồn điện sản xuất lớn nhất được chế tạo từ nước tại các hồ thủy điện trên toàn quốc.
- Công tơ điện hay điện năng kế / đồng hồ điện. Đây là thiết bị dùng để đo lượng điện tiêu thụ khi máy móc, thiết bị vận hành. Trong lĩnh vực công nghiệp, ngoài khả năng hiển thị điện năng tiêu thụ, một số loại công tơ còn được tích hợp khả năng truyền tin và gửi dữ liệu về hệ thống để đơn giản hóa công tác quản lý, theo dõi và đo lường điện năng sử dụng của hệ thống.
Giá trị điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch được hiểu là mức năng lượng điện đã biến đổi thành công năng tương ứng với sự di chuyển của điện tích của mạch trong một khoảng thời gian t.
A = U.I.t = U|q|
Trong đó:
A: Điện năng tiêu thụ.
t: Khoảng thời gian xác định.
I: Giá trị cường độ dòng điện.
Q: Tổng lượng điện tích dịch chuyển trong mạch.
U: Hiệu điện thế đoạn mạch.
2. Nhiệt năng là gì?
Để tính toán nhiệt năng, định luật Jun Lenxo phát biểu rằng: Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua. Hệ thức của định luật:
Q = I^2.R.t
Trong đó:
R là điện trở của vật dẫn. Đơn vị Ôm, ký hiệu là Ω.
I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn. Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampe, ký hiệu là A.
t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn. Đơn vị của thời gian trong công thức này là giây, ký hiệu là s.
Q là nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn. Đơn vị của Q là Jun, ký hiệu là J.
Ngoài ra, mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal) cũng thường được sử dụng. Chúng có thể quy đổi cho nhau theo tỉ lệ sau: 1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,18 J Tuy nhiên trong các bài tập về chủ đề định luật Jun lenxơ (chường trình vật lý 9), chúng ra chủ yếu sử dụng đơn vị J. Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun Len xơ là:
Q = 0,24.I^2.R.t
3. Trong nồi cơm điện, điện năng biến đổi thành nhiệt năng như thế nào?
Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng không tự nhiên sinh ra và mất đi, chúng chỉ chuyển từ loại này sang loại khác. Có 6 dạng năng lượng thường gặp, Các dạng năng lượng: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, hóa năng, quang năng, năng lượng hạt nhân. Điện năng hay nhiệt năng đều là các loại năng lượng và về bản chất, đều có thể chuyển hóa cho nhau. Chẳng hạn, khi ta thả một quả bóng bàn rơi từ một độ cao nhất định, sau khi chạm đất quả bóng không nảy lên đến độ cao ban đầu vì một phần cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng do ma sát với mặt đất và không khí
Trong trường hợp hoạt động của nồi cơm điện, khi thiết bị điện hoạt động, điện năng dẫn vào từ nguồn điện được chuyển hóa thành nhiệt năng, ta nói, điện năng của dòng điện đã chuyển hóa một phần thành nhiệt năng. Ở nồi cơm điện, nhiệt năng được sử dụng để nấu chín thức ăn, do vậy, sự chuyển điện năng thành nhiệt năng diễn ra chủ yếu, bên cạnh một phần nhỏ điện năng biến đổi thành các dạng năng lượng khác như quang năng của bóng đèn hiển thị.
Các nhà vật lý học đã nghiên cứu và cho ra đời công thức để tính hiệu suất của điện năng. Tỉ số phần trăm năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng và toàn bộ điện năng được tiêu thụ được gọi là hiệu suất sử dụng điện năng theo công thức sau đây:
H = Ai/ Atp
Trong đó:
H là hiệu suất sử dụng điện năng
Ai là công của năng lượng điện năng có ích
Atp là điện năng toàn phần
Phần chênh lệch At giữa Ai và Atp (Atp - Ai = At) chính là phần biến đổi thành nhiệt năng. Công thức này được sử dụng khá nhiều trong chủ đề định luật Jun lenxo.
4. Ứng dụng khác của sự biến đổi điện năng thành nhiệt năng
Tại sao chúng ta lại nói điện năng có thể làm thay đổi nhiệt độ của vật? Điều này chính là tính chất của điện năng. Chúng ta có thể thấy hiện tượng các thiết bị điện bị nóng lên khi sử dụng lâu. Đây chính là tính chất điện năng có thể làm thay đổi nhiệt độ của vật. Khi dòng điện đi qua vật, sinh ra điện năng. Đồng thời cũng đem đến những năng lượng khác cho vật.
Chúng ta có thể thấy những thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành quang năng và một phần nhiệt năng. Ví dụ như bóng đèn dây tóc, bóng đèn huỳnh quang, Bóng đề khi có điện năng đi qua sẽ phát sáng đem đến quang năng. Tuy nhiên sử dụng trong thời gian lâu dài, bóng đèn sẽ nóng lên. Ta có thể dễ dàng thấy một phần điện năng trong trường hợp này đã chuyển thành nhiệt năng.
Ngoài ra, còn có những thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành cơ năng và một phần nhiệt năng. Ví dụ như máy bơm, máy khoan điện, Những chiếc máy này dùng nhiệt năng để chuyển hóa thành cơ năng. Sử dụng nhiều trong các hoạt động thường ngày. Tuy nhiên, một phần điện năng đã biến thành cơ năng khi những chiếc máy này nóng lên.
Cũng sẽ có trường hợp toàn bộ điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng giống như trường hợp của nồi cơm điện. Ví dụ như bếp điện, Đây đều là những vật dụng hàng ngày chúng ta sử dụng. Điện năng được sử dụng để chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng. Nhiệt năng này phục vụ cho cuộc sống thường ngày của chúng ta. Định luật Jun lenxo có ý nghĩa với nhiệt lượng đến từ nhiệt năng và điện năng. Mọi ví dụ phía trên chúng ta đều có thể sử dụng định luật này để tính toán.
5. Một số bài tập vận dụng
Câu hỏi 1: Bằng các giác quan, căn cứ vào đâu mà ta nhận biết được là một vật có nhiệt năng?
A. Có thể kéo, đẩy các vật
B. Có thể làm biến dạng vật khác
C. Có thể làm thay đổi nhiệt độ các vật
D. Có thể làm thay đổi màu sắc các vật khác
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án C. Có thể làm thay đổi nhiệt độ các vật
Bằng các giác quan, căn cứ vào khả năng có thể làm thay đổi nhiệt độ các vật mà ta nhận biết được là một vật có nhiệt năng
Câu hỏi 2: Những trường hợp nào dưới đây là biểu hiện của nhiệt năng?
A. Làm cho vật nóng lên
B. Truyền được âm
C. Phản chiếu được ánh sáng
D. Làm cho vật chuyển động
Hướng dẫn trả lời
Chọn đáp án A. Trường hợp biểu hiện của nhiệt năng là Làm cho vật nóng lên.
Câu hỏi 3: Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua bếp điện có cường độ 3A. Dùng bếp này đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 200 trong thời gian 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K
Hướng dẫn giải:
Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là: Qtp = U.I.t = 220.3.20.60 = 792000 J
Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước này là: Q1 = c.m(t2 t1) = 4200.2.80 = 672000 J
Hiệu suất của bếp là: H = Q1 / Qtp = 84,85%
Câu hỏi 4: Câu phát biểu nào dưới đây là không đúng?
Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:
A. tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua.
B. tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.
C. tỉ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với điện trở dây dẫn.
D. tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.
Hướng dẫn trả lời:
Dựa vào lý thuyết về định luật Jun lenxo, ta chọn Đáp án: A. tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua.
Câu hỏi 5: Có mấy dạng năng lượng?
A. 2 B. 4 C. 6 D. 8
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án C. 6. Các dạng năng lượng thường gặp gồm: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, hóa năng, quang năng, năng lượng hạt nhân
Câu hỏi 6: Ta có thể nhận biết được các dạng năng lượng như hóa năng, quang năng, điện năng khi chúng được biến đổi thành?
A. Cơ năng
B. Nhiệt năng
C. Năng lượng hạt nhân
D. A hoặc B
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án D. A hoặc B.
Giải thích: Con người có thể nhận biết được các dạng năng lượng như hóa năng, quang năng, điện năng khi chúng được biến đổi thành cơ năng hoặc nhiệt năng.
Hy vọng bài viết trên đây của Luật Minh Khuê đã giúp Quý bạn đọc hiểu rõ hơn về sự chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng trong nồi cơm điện. Xin cảm ơn sự theo dõi của Quý bạn đọc.
