Bạn đang có bài tập tính nhiệt năng liên quan đến định luật Jun Lenxơ nhưng bạn lại không nhớ định luât Jun Lenxơ là gì? Công thức định luật Jun Lenxơ như thế nào? Sau đây, Hyundai Smart Phone sẽ chia sẻ định nghĩa và công thức định luật Jun Lenxơ kèm theo các dạng bài tập có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo
Điện năng biến đổi thành nhiệt năng
1. Một phần điện năng được biến đổi thành nhiệt năng
Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành năng lượng ánh sáng như: bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang,…
Dụng cụ hay thiết bị biến đổi một phần điện năng thành nhiệt năng và một phần thành cơ năng như: quạt điện, máy bơm nước,…
2. Toàn bộ điện năng được biến đổi thành nhiệt năng
Dụng cụ hay thiết bị điện có thể biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng như: nồi cơm điện, ấm nước điện, bàn là,…
Định luật Jun Lenxơ là gì?
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.
THam khảo thêm: Công thức tính công suất và các dạng bài tập có lời giải từ A – Z
Công thức định luật jun lenxơ
Q = R.I2.t
Trong đó:
- Q là nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn (J);
- R là điện trở của vật dẫn (Ω);
- I là cường độ dòng điện (A);
- t là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn (s).
Từ công thức nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn có dòng điện chạy qua, ta suy ra được cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn, điện trở của vật dẫn hoặc thời gian mà dòng điện chạy qua vật dẫn như sau:
I = √(Q/Rt)
R = Q/I2t
t = Q/I2R
Lưu ý:
Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun-len-xơ là:
Q = 0,24.I2.R.t (cal)
Đơn vị của nhiệt lượng Q khi đó là calo, kí hiệu đơn vị calo là cal.
Đổi đơn vị từ Jun sang calo và ngược lại như sau:
- 1Jun = 0,24 cal
- 1 cal = 4,18 Jun
Công thức tính nhiệt lượng:
Q = mcΔt
Trong đó:
- m khối lượng (kg)
- c nhiệt dung riêng (Jkg.K)
- Δt: độ chênh lệch nhiệt độ (0C hoặc 0K)
Phương trình cân bằng nhiệt
Phương trình cân bằng nhiệt:
Qtỏa= Qthu
Trong đó:
- m1, c1, t1 lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật thu nhiệt
- m2,c2, t1′ lần lượt là khối lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đầu của vật tỏa nhiệt
- t2: nhiệt độ sau cùng của vật
Bài tập áp dụng định luật Jun Lenxơ
Ví dụ 1: Tại sao với cùng một dòng điện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lên tới nhiệt độ cao còn dây nối với bóng đèn thì hầu như không nóng lên?
Trả lời:
Vì dây tóc bóng đèn và dây nối mắc nối tiếp nhau nên dòng điện chạy qua cả hai có cùng cường độ. Theo định luật Jun Len xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở dây tóc và ở dây nối tỉ lệ với điện trở của từng đoạn dây.
Ngoài ra, dây tóc có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa ra nhiều, do đó dây tóc nóng lên đến nhiệt độ cao và phát sáng. Còn dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng tỏa ra ít và truyền phần lớn cho môi trường xung quanh. Vì vậy, dây nối hầu như sẽ không nóng lên.
Ví dụ 2: Cho một dòng điện có cường độ 2A chạy qua dây mayxo của một bếp điện có điện trở 200 Ω. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây trong thời gian 20 phút.
Bài giải:
Áp dụng định luật Jun – Len xơ: Q = I2.R.t = 22.20.(20.60) = 96 000 (J)
Ví dụ 3: Một đường dây nối từ mạng điện thành phố tới mạng điện một gia đình là dây dẫn bằng đồng có tổng chiều dài 60m có tiết diện 0,6 mm2, có điện trở suất 1,7.10-8Ω.m. Biết tổng công suất sử dụng các thiết bị điện của gia đình đó là 176W. Thời gian sử dụng điện mỗi ngày trung bình khoảng 4 giờ. Tính:
a) Điện trở toàn bộ đường dây nối từ mạng chung tới gia đình đó.
b) Cường độ dòng điện chạy trong dây khi sử dụng công suất đã cho trên.
c) Nhiệt lượng tỏa ra trên dây này trong 10 ngày.
Bài giải:
a) Điện trở của toàn bộ đường dây nối từ mạng chung tới gia đình đó là:
R = ρ.l/S = (1,7.10-8.60) : (0,6.10-6) = 1,7 (Ω).
b) Cường độ dòng điện chạy qua dây khi sử dụng công suất dẫn cho trên là:
I = P/U=176 : 200 = 0,8 (A)
c) Nhiệt lượng tỏa ra trên dây này trong 10 ngày là:
Q =I2.R.t = 1,7.(0,8)2.10.4.3600 = 156672 (J)
Ví dụ 4: Một bếp điện có công suất tiêu thụ P = 1,2 kW.
a) Tính nhiệt lượng bếp tỏa ra trong thời gian 30 phút.
b) Biết cường độ dòng điện chạy qua dây nóng bếp là 2A, tính điện trở của dây nóng.
Lời giải:
a) Nhiệt lượng bếp tỏa ra trong 30 phút là Q = P.t = 1,2.103.30.60 = 2,16.106 (J)
b) Áp dụng định luật Jun – Len xơ:
Q = I2.R.t ⇒ R = Q : (I2.t) = 2,16.106 : 22.(30.60) = 300 (Ω)
Ví dụ 5: Cho chiều dài của một dây xoắn trong bếp điện là 7m và tiết diện là 0,01mm2. Biết rằng 1,1.10-6 Ω.m là điệu trở suất, hỏi:
a) Độ lớn của điện trở trong dây xoắn là bao nhiêu?
b) Trong trường hợp mắc bếp vào một hiệu điện thế có độ lớn là 220V thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp tỏa ra một lượng nhiệt là bao nhiêu?
c) Giả sử sự hao phí nhiệt được bỏ qua thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp có thể làm cho bao nhiêu lượng nước từ trạng thái 250C đạt được trạng thái sôi (1000C)? (Biết rằng nước có nhiệt dung riêng là 4200J/kgK).
Bài giải:
a) Điện trở chạy trong dây dẫn có độ lớn là:
R = ρ.l/S = (1,1.10-6.7) : (0,1.10-6) = 77 (Ω).
b) Trong trường hợp mắc bếp vào một hiệu điện thế có độ lớn là 220V thì dây xoắn có dòng điện chạy qua với một cường độ là:
I = U/R = 220 : 77 = 2,86 (A)
Trong khoảng thời gian là 25 phút thì dây xoắn tỏa ra một lượng nhiệt lượng là:
Qtỏa = I2.R.t = (2,86)2.77.25.60 = 944643,8 (J)
c) Để nước từ trạng thái 250C đạt được đến trạng thái là 1000C thì cần thu vào một lượng nhiệt lượng là:
Qthu = m.c.Δt
Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng thì ta có được số nhiệt lượng tỏa ra bằng số nhiệt lượng thu vào
944643,8 = m.c.Δt = m.4200.(100 – 25)
m = 3 (kg)
⇒ Lượng nước được làm sôi từ nhiệt độ 250C là 3 lít (vì khối lượng riêng của nước là 1kg/ lít)
Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được định nghĩa và công thức định luật Jun Lenxơ để áp dụng vào làm bài tập rồi nhé.
