Hiệu điện thế và công suất
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | hiệu điện thế |
| volt/vəʊlt/ | volt |
| electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ | điện động lực |
| electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ | công suất điện |
| Ohm's law/əʊmz lɔː/ | định luật Ohm |
"Điện áp" thực sự có ý nghĩa gì
- Nguồn 240 V nguy hiểm; pin 1.5 V vô hại.
- Sự khác biệt nằm ở năng lượng mà mỗi Coulomb điện tích mang theo.
- Năng lượng trên mỗi điện tích đó chính là hiệu điện thế.
Hiệu điện thế
- Hiệu điện thế (p.d.) là năng lượng truyền tải trên mỗi đơn vị điện tích: $V = \dfrac{W}{Q}$.
- Đơn vị: Volt, $1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$.
- Định nghĩa đề thi cần cả hai phần: "năng lượng truyền tải từ điện sang các dạng khác trên mỗi đơn vị điện tích đi qua linh kiện."
Hiệu điện thế là năng lượng truyền trên mỗi đơn vị:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$V = \dfrac{W}{Q}$ — năng lượng trên mỗi đơn vị điện tích, tính bằng joule trên coulomb (volts).
Một volt bằng một joule trên ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$ — một joule năng lượng di chuyển trên mỗi coulomb điện tích.
e.m.f. so với p.d.
- e.m.f. (lực điện động) = năng lượng nguồn cung cấp cho mỗi Coulomb (từ hóa học hoặc các dạng khác sang điện).
- p.d. = năng lượng một Coulomb nhường cho linh kiện (từ điện sang các dạng khác). Cùng đơn vị, nhưng vai trò ngược lại.
Điện áp là năng lượng trên đơn vị điện tích. Một nguồn 240 V cung cấp nhiều hơn 160 lần năng lượng so với mỗi coulomb so với pin 1.5 V — đó là lý do nó nguy hiểm.
Cả e.m.f. và hiệu điện thế đều được đo bằng volts.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có — cả hai đều là năng lượng trên mỗi đơn vị điện tích (J/C). Sự khác biệt nằm ở việc năng lượng được cung cấp hay bị lấy đi khỏi điện tích.
Ví dụ giải chi tiết: điện tích, năng lượng, công suất
Một bình điện push $0.50\ \text{A}$ qua bóng đèn trong $4.0$ phút. Điện thế giữa hai đầu bóng đèn là $6.0\ \text{V}$.
- Điện tích: $Q = It = 0.50 \times 240 = 120\ \text{C}$ (phút → giây).
- Năng lượng truyền vào bóng đèn: $W = VQ = 6.0 \times 120 = 720\ \text{J}$.
- Công suất: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{720}{240} = 3.0\ \text{W}$ — bằng với $VI = 6.0 \times 0.50$.
- Kiểm tra: mỗi coulomb cung cấp $6\ \text{J}$, và $120$ coulomb đi qua, nên $720\ \text{J}$; hai cách tính công suất phải khớp nhau.
Hiệu điện thế $9.0\ \text{V}$ đẩy $40\ \text{C}$ điện tích đi qua điện trở. Năng lượng truyền trong điện trở là bao nhiêu, tính bằng J?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$W = VQ = 9.0 \times 40 = 360\ \text{J}$ — chín joule cho mỗi coulomb.
Công suất điện
- Kết hợp $V = \dfrac{W}{Q}$ và $I = \dfrac{Q}{t}$ ta được $P = VI$.
- Năng lượng truyền trong khoảng thời gian t là $E = Pt$.
Công suất điện
P = VI
Ở hiệu điện thế không đổi, công suất tỷ lệ thuận với dòng điện nó tạo ra.
Một thiết bị hoạt động ở $12\ \text{V}$ và tiêu thụ $2.0\ \text{A}$. Công suất của nó là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = VI = 12 \times 2.0 = 24\ \text{W}$.
Ba dạng của công suất
- Với định luật Ohm ($V = IR$): $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$.
- Chọn dạng sử dụng các đại lượng bạn đã biết.
Dạng công suất điện nào chỉ sử dụng hiệu điện thế và điện trở?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ chỉ cần biết $V$ và $R$ — rất tiện lợi khi bạn không biết dòng điện.
Một bóng đèn $100\ \text{W}$ bật trong $60\ \text{s}$. Nó truyền bao nhiêu năng lượng?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E = Pt = 100 \times 60 = 6000\ \text{J}$.
Ví dụ giải chi tiết: nên dùng dạng nào
Một máy sưởi $12\ \text{V}$ tiêu thụ $5.0\ \text{A}$. Tìm công suất và điện trở của nó, công suất nếu chạy ở $6.0\ \text{V}$ thay vì thế, và năng lượng nó truyền trong $10$ phút ở mức tối đa.
- Công suất: $P = VI = 12 \times 5.0 = 60\ \text{W}$.
- Điện trở: $R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{12}{5.0} = 2.4\ \Omega$.
- Trên $6.0\ \text{V}$: với $R$ không đổi, $P = \dfrac{V^{2}}{R} = \dfrac{6.0^{2}}{2.4} = 15\ \text{W}$ — khi giảm một nửa điện áp thì giảm xuống còn một phần tư công suất.
- Năng lượng: $E = Pt = 60 \times 600 = 3.6 \times 10^{4}\ \text{J} = 36\ \text{kJ}$.
- Kiểm tra: $I^{2}R$ cho cùng một $60\ \text{W}$: $5.0^{2} \times 2.4 = 60$. Cả ba dạng đều nhất quán vì $R$ là hằng số.
Một điện trở cố định được chuyển từ nguồn $12\ \text{V}$ sang nguồn $6.0\ \text{V}$. Statements nào đúng? Chọn tất cả các phát biểu áp dụng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Với $R$ không đổi, $I = \dfrac{V}{R}$ giảm một nửa và $P = \dfrac{V^{2}}{R}$ giảm xuống còn một phần tư. Bản thân điện trở không thay đổi.
$I^{2}R$ và $\dfrac{V^{2}}{R}$ chỉ khớp nhau khi $R$ là hằng số. Đối với bóng đèn dây tóc, $R$ tăng khi nóng lên, nên việc tăng gấp đôi điện áp sẽ tạo ra ít hơn bốn lần công suất. Chuyển đổi phút sang giây trước khi $E = Pt$. Và một volt là một joule trên coulomb — không phải một joule trên giây, vốn là một watt.
Một volt là một joule mỗi giây.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Một volt là một joule mỗi coulomb — năng lượng trên điện tích. Một joule mỗi giây là một watt, một công suất.
Bạn đã nắm vững
- Điện áp là năng lượng truyền trên mỗi đơn vị điện tích: $V = \dfrac{W}{Q}$ (volt = joule mỗi coulomb)
- e.m.f. là năng lượng mà nguồn cung cấp cho điện tích; điện áp là năng lượng mà điện tích bị tiêu hao (trả lại) cho mạch
- công suất $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$ (hai đại lượng cuối cần $R$ không đổi); năng lượng $E = Pt$