Buzz
1. Điện năng là gì?
Điện năng là năng lượng do dòng điện mang lại. Dòng điện tạo ra công và chuyển hóa thành cơ năng. Hệ thống dây dẫn điện được sử dụng để truyền tải điện năng đến nơi cần thiết.
Một số khái niệm thường gặp liên quan đến điện năng trong đời sống:
- Điện năng tiêu thụ: lượng năng lượng mà một thiết bị hoặc máy móc sử dụng. Thường được đo bằng W hoặc KWh, ở Việt Nam còn gọi là số điện. Cụ thể, 1 số điện tương đương 1 KWh hoặc 1000 Wh.
- Điện sản xuất: lượng điện được tạo ra từ các nguồn như nước, than đá, gió, điện hạt nhân và máy phát điện công nghiệp. Tại Việt Nam, nguồn điện chủ yếu là từ thủy điện ở các hồ trên toàn quốc.
- Công tơ điện hay điện năng kế / đồng hồ điện: thiết bị dùng để đo lượng điện tiêu thụ của máy móc. Trong công nghiệp, ngoài việc hiển thị điện năng tiêu thụ, một số công tơ còn có khả năng truyền dữ liệu về hệ thống để quản lý và theo dõi hiệu quả hơn.
Giá trị điện năng tiêu thụ của một mạch là mức năng lượng điện đã chuyển hóa thành công năng tương ứng với sự di chuyển của điện tích trong khoảng thời gian t.
A = U.I.t = U|q|
Trong đó:
A: Là lượng điện năng tiêu thụ.
t: Là khoảng thời gian xác định.
I: Là cường độ dòng điện.
Q: Là tổng số điện tích di chuyển trong mạch.
U: Hiệu điện thế của đoạn mạch.
2. Nhiệt năng là gì?
Để tính nhiệt năng, định luật Jun-Lenxo cho biết: Nhiệt lượng phát ra từ dây dẫn có dòng điện chạy qua tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện lưu thông. Công thức của định luật là:
Q = I^2.R.t
Trong đó:
R: Điện trở của vật dẫn, đo bằng Ôm với ký hiệu là Ω.
I: Cường độ dòng điện qua vật dẫn, đơn vị là Ampe với ký hiệu A.
t: Thời gian dòng điện lưu thông qua vật dẫn, đo bằng giây với ký hiệu s.
Q: Nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn, đo bằng Jun với ký hiệu J.
Ngoài ra, đơn vị Jun (J) và calo (cal) cũng có thể quy đổi cho nhau với tỷ lệ: 1 J = 0,24 cal và 1 cal = 4,18 J. Tuy nhiên, trong các bài tập về định luật Jun-Lenxo (chương trình vật lý lớp 9), thường sử dụng đơn vị J. Nếu đo nhiệt lượng Q bằng calo, công thức định luật Jun-Lenxo sẽ là:
3. Trong nồi cơm điện, quá trình biến đổi từ điện năng thành nhiệt năng diễn ra như thế nào?
Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng không tự sinh ra hay mất đi mà chỉ chuyển đổi giữa các dạng khác nhau. Có 6 loại năng lượng phổ biến: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, hóa năng, quang năng, và năng lượng hạt nhân. Điện năng và nhiệt năng đều là dạng năng lượng và có thể chuyển hóa cho nhau. Ví dụ, khi một quả bóng bàn rơi từ độ cao, một phần cơ năng chuyển thành nhiệt năng do ma sát với mặt đất và không khí.
Khi nồi cơm điện hoạt động, điện năng từ nguồn điện được chuyển hóa thành nhiệt năng để nấu chín thức ăn. Phần lớn điện năng chuyển thành nhiệt năng, trong khi một phần nhỏ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, như quang năng của đèn hiển thị.
Các nhà vật lý đã phát triển công thức để tính hiệu suất của điện năng. Hiệu suất sử dụng điện năng được tính bằng tỷ lệ phần trăm năng lượng có ích được chuyển hóa từ tổng điện năng tiêu thụ, theo công thức sau:
H = Ai / Atp
Trong đó:
H là hiệu suất sử dụng điện năng.
Ai là công của năng lượng điện năng đã được sử dụng hiệu quả.
Atp là tổng điện năng tiêu thụ.
Phần chênh lệch At giữa Ai và Atp (Atp - Ai = At) chính là lượng năng lượng biến đổi thành nhiệt. Công thức này thường được áp dụng trong định luật Jun-Lenxo.
4. Các ứng dụng khác của việc chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng
Tại sao điện năng có thể làm thay đổi nhiệt độ của vật? Đó chính là đặc tính của điện năng. Chúng ta thường thấy thiết bị điện nóng lên sau khi sử dụng lâu, đây là do điện năng làm tăng nhiệt độ của vật. Khi dòng điện chạy qua, nó không chỉ tạo ra điện năng mà còn sinh ra các dạng năng lượng khác.
Có những thiết bị chuyển đổi điện năng thành quang năng và một phần nhiệt năng. Ví dụ, bóng đèn dây tóc và bóng đèn huỳnh quang. Khi có điện đi qua, bóng đèn phát sáng, tạo ra quang năng. Tuy nhiên, sau một thời gian dài sử dụng, bóng đèn nóng lên, cho thấy một phần điện năng đã chuyển thành nhiệt năng.
Ngoài ra, nhiều thiết bị chuyển điện năng thành cơ năng và một phần nhiệt năng, như máy bơm và máy khoan điện. Những thiết bị này sử dụng nhiệt năng để chuyển đổi thành cơ năng. Dù sử dụng hàng ngày, phần điện năng đã chuyển thành cơ năng làm cho máy nóng lên.
Cũng có những trường hợp mà toàn bộ điện năng được chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng, tương tự như trong nồi cơm điện. Ví dụ điển hình là bếp điện, nơi điện năng được chuyển đổi hoàn toàn thành nhiệt năng. Nhiệt năng này phục vụ cho các hoạt động hàng ngày của chúng ta. Định luật Jun-Lenxo rất quan trọng trong việc tính toán nhiệt lượng từ điện năng và nhiệt năng. Tất cả các ví dụ trên đều có thể áp dụng định luật này để tính toán.
5. Một số bài tập áp dụng
Câu hỏi 1: Dựa vào các giác quan, làm thế nào để nhận biết một vật có nhiệt năng?
A. Có khả năng kéo hoặc đẩy các vật khác
B. Có khả năng làm biến dạng các vật khác
C. Có khả năng thay đổi nhiệt độ của các vật
D. Có khả năng làm biến đổi màu sắc của các vật
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án C. Có khả năng thay đổi nhiệt độ của các vật
Dựa vào khả năng làm thay đổi nhiệt độ của các vật, chúng ta có thể nhận biết một vật có nhiệt năng bằng các giác quan.
Câu hỏi 2: Những trường hợp nào dưới đây thể hiện sự hiện diện của nhiệt năng?
A. Làm cho vật trở nên nóng hơn
B. Có khả năng truyền âm
C. Có thể phản chiếu ánh sáng
D. Làm cho vật di chuyển
Hướng dẫn trả lời
Chọn đáp án A. Biểu hiện của nhiệt năng là làm cho vật nóng lên.
Câu hỏi 3: Một bếp điện hoạt động với hiệu điện thế 220V và dòng điện 3A. Bếp này đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 20°C trong 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 x 3 x 20 x 60 = 792000 J
Nhiệt lượng cần thiết để làm sôi nước là: Q1 = c.m(t2 - t1) = 4200.2.80 = 672000 J
Hiệu suất của bếp được tính theo công thức: H = Q1 / Qtp = 84,85%
Câu hỏi 4: Phát biểu nào sau đây là sai?
Nhiệt lượng phát sinh trong dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:
A. tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện hoạt động.
B. tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện hoạt động.
C. tỷ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, thời gian dòng điện chạy qua và tỷ lệ nghịch với điện trở dây dẫn.
D. tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua.
Hướng dẫn trả lời:
Theo lý thuyết định luật Jun-Lenxo, đáp án đúng là: A. tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện hoạt động.
Câu hỏi 5: Có bao nhiêu loại năng lượng?
A. 2 B. 4 C. 6 D. 8
Hướng dẫn trả lời:
Chọn đáp án C. 6. Các loại năng lượng thường gặp bao gồm: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, hóa năng, quang năng, và năng lượng hạt nhân.
Câu hỏi 6: Chúng ta có thể nhận diện các dạng năng lượng như hóa năng, quang năng, và điện năng khi chúng được chuyển đổi thành gì?
A. Cơ năng
B. Nhiệt năng
C. Năng lượng hạt nhân
D. A hoặc B
Hướng dẫn trả lời:
Lựa chọn đáp án D. A hoặc B.
Giải thích: Con người có thể nhận diện các dạng năng lượng như hóa năng, quang năng, điện năng khi chúng chuyển hóa thành cơ năng hoặc nhiệt năng.
Hy vọng rằng bài viết từ Mytour đã giúp Quý bạn đọc hiểu rõ hơn về sự chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng trong nồi cơm điện. Cảm ơn Quý bạn đọc đã theo dõi.
