Bài tập Công – công suất dòng điện

VẤN ĐỀ V.d CÔNG – CÔNG SUẤT DÒNG ĐIỆN Bài 1: Bóng đèn công suất 60W có dây tóc bằng vonfram (hệ số nhiệt điện trở a = 4,5.10-3 độ –1). Nhiệt độ khi cháy sáng là 28000C. Tìm công suất đèn ngay lúc vừa bật đèn. Nhiệt độ phòng là 200C. ĐS: 748,6W Bài 2: Dây nikêlin (điện trở suất r = 4,4.10-7 Wm) chiều dài 1m, tiết diện 2 mm2 và nicrôm (r = 4.7.10-7 Wm) chiều dài 2m, tiết diện 0,5mm2 mắc nối tiếp vào một nguồn điện. Dây nào sẽ toả nhiệt nhiều hơn và nhiều gấp mấy lần? ĐS: Nicrcôm ; 8,55lần Bài 3: Bếp điện dùng với nguồn U = 220 V a. Nếu mắc bếp vào nguồn 110V, công suất bếp thay đổi bao nhiêu lần? b. Muốn công suất không giảm khi mắc vào nguồn 110V phải mắc lại cuộn dây bếp điện như thế nào? ĐS: a. Giảm 4 lần b. Mắc song song 2 nửa dây Bài 4: Người ta dùng nicrôm làm một dây bếp điện. Nicrôm có hệ số nhiệt điện trở a = 2.10-4 K-1, điện trở suất ở 200C là r = 1,1.10-6 Wm. Dây bếp điện có tiết diện S = 0,25mm2, tiêu thụ một công suất P = 600W khi mắc vào nguồn U = 120V và nhiệt độ dây bếp điện lúc này là 8000C. Tìm chiều dài của dây. ĐS: Bài 5: Người ta mắc nối tiếp một dây chì trong mạch điện. Chì có nhiệt dung riêng c = 120J/kg.độ, điện trở suất r = 0,219.10-6 Wm, khối lượng riêng D = 11300kg/m3, nhiệt nóng chảy 25000J/kg, nhiệt độ nóng chảy 3270C. Dây chì có tiết diện S = 0,2mm2, nhiệt độ 270C. Biết rằng khi đoản mạch cường độ dòng điện qua dây là 30A. Hỏi bao lâu sau khi đoản mạch thì dây chì đứt? Bỏ qua sự toả nhiệt của dây chì ra môi trường và sự thay đổi của r theo nhiệt độ. ĐS: 0,14s Bài 6: Bếp điện nối với hiệu điện thế U = 120V có công suất P = 600W được dùng để đun sôi 2 lít nước (c = 4200J/kg.độ) từ 200C đến 1000C, hiệu suất bếp là 80%. Tìm thời gian đun và điện năng tiêu thụ theo kWh. b. Dây bếp điện có đường kính d1 = 0,2mm, điện trở suất r = 4.10-7 Wm quấn trên ống hình trụ bằng sứ đường kính d2 = 2cm. Tính số vòng dây bếp điện. ĐS: a. 23,3 phút ; 0,2 kWh b. 30 vòng Bài 7: Bếp điện mắc vào nguồn U = 120V. Tổng điện trở của dây nối từ nguồn đến bếp là 1W. Công suất toả nhiệt trên bếp là 1,1kW. Tính cường độ dòng điện qua bếp và điện trở của bếp. ĐS: 10A ; 11W Bài 8: Cho hai đèn 120V – 40W và 120V – 60W mắc nối tiếp vào nguồn U = 240V. a.Tính điện trở mỗi đèn và cường độ qua hai đèn b. Tính hiệu điện thế và công suất tiêu thụ mỗi đèn. Nhận xét về độ sáng mỗi đèn. Cho biết điều kiện để hai đèn 120V sáng bình thường khi mắc nối tiếp vào nguồn 240V là gì? ĐS: a. R1 = 360W, R2 = 240W, I = 0,4A b. U1 = 144V, P1 = 57.6W, U2 = 96V, P2 = 38.4W đèn I sáng chói, đèn II sáng mờ. Điều kiện là hai đèn phải có cùng công suất định mức. Bài 9: Hai đèn Đ1 (12V – 7,2W) và Đ2 (16V – 6,4W) được mắc nối tiếp rồi mắc vào nguồn U = 40V. Hỏi phải dùng tối thiểu bao nhiêu điện trở phụ, cách mắc và giá trị của điện trở phụ để cả hai đèn đều sáng bình thường? ĐS: R1 nt Đ1 nt (Đ2// R2) r1 A B A B r2 Đ2 Đ1 R1 = 20W ; R2 = 80W Bài 10: Có 2 đèn Đ1: 120V – 60W và Đ2: 120V – 45W a. Tìm điện trở và cường độ định mức mỗi đèn. b. Mắc 2 đèn theo một trong hai cách như hình UAB = 240V. hai đèn sáng bình thường. Tìm r1, r2. Cách mắc nào có lợi hơn. ĐS: a. r1 = 240W; I1 = 0,5A ; r2 = 320W ; I2 = 0,375A b. r1 » 137W ; r2 = 960W, cách II Bài 11: Một chuỗi đèn trang trí gồm 20 bóng đèn 6V – 3W mắc nối tiếp vào nguồn điện 120V. Sau đó có một bóng bị hư. Có thể khiến đèn sáng nhờ cách nào sau đây: Tháo bóng đèn hư ra, nhét giấy bạc vào đui đèn để nối mạch. Nối hai đầu dây điện của đèn bị hư lại. Sau đó, trong cách làm được chọn độ sáng tổng cộng của 19 đèn còn lại so với 20 đèn ban đầu lớn hay nhỏ hơn? Các đèn có thể bị cháy (đứt tim) dễ dàng không? Bài 12: Có thể mắc hai đèn (120V – 100W) và (6V – 5W) nối tiếp vào nguồn U = 120V được không? Bài 13: Để mắc đèn vào nguồn hiệu điện thế lớn hơn giá trị ghi trên đèn có thể dùng một trong hai sơ đồ bên. Sơ đồ nào có hiệu suất cao hơn? Biết trong hai trường hợp đèn sáng bình thường. Bài 14: Một bếp điện có hai dây điện trở. Nếu sử dụng dây thứ nhất đun nước thì nước sôi sau thời gian t1 = 10 phút. Nếu sử dụng dây thứ hai đun nước thì nước sôi sau thời gian t2 = 40 phút. Tìm thời gian đun để nước sôi khi hai dây điện trở mắc: a. Nối tiếp. b. Song song. Bỏ qua sự tỏa nhiệt của bếp ra môi trường ngoài. ĐS: a. 50 phút; b. 8 phút. Bài 15: Từ một nguồn điện có hiệu điện thế U, điện năng được truyền trên dây dẫn đến nơi tiêu thụ. Biết điện trở dây dẫn là R = 5W, công suất do nguồn phát ra P = 62kW. Tính độ giảm thế trên dây, công suất hao phí trên dây và hiệu suất tải điện nếu: a. u = 6200V. b. 620V. Nhận xét. ĐS: a. 50V, 500W, 99%.. b. 19%. Bài 16: Dùng bếp điện để đun nước trong ấm. Nếu nối bếp với hiệu điện thế U1 = 120V, thời gian đun sôi là t1 = 10 phút; còn nếu nối hiệu điện thế U2 =100V thì đun trong thời gian t2 = 15 phút. Hỏi nếu dùng hiệu điện thế U = 80V thì thời gian đun sôi nước là bao lâu? ĐS: 25,4 phút. Bài 17: Dùng điện trở R mắc vào hiệu điện thế U = 160V không đổi thì tiêu thụ công suất P = 320W. a. Tính R và cường độ dòng điện qua R. b. Nếu thay R bằng hai điện trở R1 và R2 nối tiếp với R1 = 10W. Khi đó công suất tiêu thụ trên R2 là P2 = 480W. Tính cường độ dòng điện qua R2 và giá trị R2 ? Biết điện trở R2 chỉ chịu được cường độ dòng tối đa là 10A. c. Với R1 và R2 bất kỳ, mắc nối tiếp sau đó mắc song song vào hiệu điện thế trên thì trường hợp nào tiêu thụ công suất lớn hơn? Và lớn hơn ít nhất bao nhiêu lần? VẤN ĐỀ V.g R A B A E r + _ NGUỒN ĐIỆN MÁY THU Bài 1: Hình bên là sơ đồ nạp điện cho acquy (E,r) bằng nguồn hiệu điện thế UAB = 2,4V. Biết E = 2,1V, IA = 2A, RA = 0, R = 0,1W. a) Tính r b) dung lượng của acquy là 10Ah (36000C), tính thời gian nạp và năng lượng cung cấp của nguồn. c) Tính nhiệt lượng toả ra trong suốt thời gian nạp. d) Tính phần điện năng biến thành hoá năng trong thời gian nạp. ĐS: a) 0,05W b) 5h; 86,4kJ c) 10,8kJ d) 75,6kJ. Bài 2: Tính điện năng mà dòng điện cung cấp cho đoạn mạch AB và nhiệt lượng toả ra trên đoạn mạch trong thời gian 10 phút trong các trường hợp sau: a) Đoạn mạch có một điện trở R, cường độ qua R là 2A, hiệu điện thế hai đầu là 8V. c) Đoạn mạch chứa một nguồn suất điện động 12V đang phát điện, dòng điện trong đoạn mạch chạy từ A đến B có độ lớn bằng 2A và UAB = 8V. d) Đoạn mạch chứa nguồn 12V đang phát điện, dòng điện chạy từ A đến B có độ lớn bằng 2A và UBA = 8V. Trong mỗi trường hợp hãy giải thích sự chênh lệch giữa điện năng tiêu thụ và nhiệt luợng toả ra trong đoạn mạch. ĐS: a) A = Q = 9600J b) A = 9600J; Q = 2400J c) A = 9600J; Q = 24000J d) A = 9600J; Q = 4800J Bài 3: Acquy có r = 0,08W. Khi dòng điện qua acquy là 4A, nó cung cấp cho mạch ngoài một công suất bằng 8W. Hỏi khi dòng điện qua acquy là 6A, nó cung cấp cho mạch ngoài công suất bao nhiêu? ĐS: 11,04W (HD: Công suất mạch ngoài P = EI - rI2) Bài 4: Điện trở R = 8W mắc vào hai cực một acquy có điện trở trong r =1W. Sau đó người ta mắc thêm điện trở R song song với điện trở cũ. Hỏi công suất mạch ngoài tăng hay giảm bao nhiêu lần? ĐS: tăng 1,62 lần. Bài 5: Điện trở R = 25W mắc vào bộ nguồn là 2 acquy giống nhau, điện trở trong mỗi acquy là r =10W. Hỏi trong hai trường hợp acquy nối tiếp, song song, công suất mạch ngoài ở trường hợp nào lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu lần? ĐS: nối tiếp lớn hơn 16/9 lần Bài 6: Acquy (E,r) khi có dòng I1 = 15A đi qua, công suất mạch ngoài là P1 = 135W; khi I2 = 6A, P2 = 64,8W. Tìm E,r ĐS: 12V ; 0,2W Bài 7: Nguồn E = 6V , r = 2W cung cấp cho điện trở mạch ngoài công suất P = 4W. a) Tìm R b) Tìm R0 để công suất mạch ngoài cực đại? Tính Pmax? Chứng minh rằng có hai giá trị R1 và R2 cho cùng giá trị công suất P? Tìm liên hệ giữa R1 và R2 với r? c) Giả sử lúc đầu mạch ngoài là điện trở R1 = 0,5 W . Mắc thêm vào mạch ngoài điện trở R2 thì công suất tiêu thụ mạch ngoài không đổi . Hỏi R2 nối tiếp hay song song R1 và có giá trị bao nhiêu ? ĐS: a) 4W hoặc 1W b) R0 = r = 2W. c) R2 = 7,5 W nối tiếp R1 Bài 8: a) Khi điện trở mạch ngoài của một nguồn là R1 hoặc R2 thì công suất mạch ngoài có cùng giá trị. Tính E, r của nguồn theo R1, R2 và công suất P. b) Nguồn điện trên có điện trở mạch ngoài R. Khi mắc thêm Rx song song R thì công suất mạch ngoài không thay đổi. Tính RX ĐS: a) r =. b) RX = r2R/(R2- r2), điều kiện R>r Bài 9: a) Mạch kín gồm acquy E = 2,2V cung cấp điện năng cho điện trở mạch ngoài R = 0,5W. Hiệu suất của acquy H = 65%. Tính cường độ dòng điện trong mạch. b) Khi điện trở mạch ngoài thay đổi từ R1 = 3W đến R2 = 10,5W thì hiệu suất của acquy tăng gấp đôi. Tính điện trở trong acquy. ĐS: a) 2.86A b) 7W Bài 10: Một động cơ điện mắc vào nguồn hiệu điện thế U không đổi. Cuộn dây của động cơ có điện trở R. Khi động cơ hoạt động, cường độ chạy qua động cơ là 1. a) Lập biểu thức tính công suất hữu ích của động cơ và suất phản điện xuất hiện trong động cơ. b) Tính I để công suất hữu ích đạt ,cực đại. Khi này, hiệu suất của động cơ là bao nhiêu? ĐS: a) P = UI – RI2; E = U – RI b) I = ; H = 50% Bài 11: Nguồn E = 16V, r = 2W nối với mạch ngoài gồm R1 = 2W và R2 mắc song song. Tính R2 để: a) Công suất của nguồn cực đại. b) Công suất tiêu hao trong nguồn cực đại c) Công suất mạch ngoài cực đại. d) Công suất tiêu thụ trên R1 cực đại. e) Công suất tiêu thụ trên R2 cực đại. Tính các công suất cực đại trên. ĐS e) 1W; 16W Bài 12: Nguồn E = 12V, r = 4W được dùng để thắp sáng đèn 6V-6W a) Chứng minh rằng đèn không sáng bình thường b) Để đèn sáng bình thường, phải mắc thêm vào mạch một điện trở RX. Tính RX và công suất tiêu thụ của RX. ĐS: b) 2W, 2W (nối tiếp). Hoặc 12W, 3W (song song) Bài 13: Cho nguồn điện có suất điện động E = 10V và điện trở trong r. Biết rằng khi lần lượt mắc các điện trở R1 = 2W và R2 = 8W vào nguồn điện trên thì công suất tỏa nhiệt trên các điện trở là như nhau. a) Tính r và công suất P đó? b) Người ta mắc song song R1 và R2 với nhau rồi mắc nối tiếp với Rx để tạo thành mạch ngoài của nguồn điện trên. Hỏi Rx bằng bao nhiêu để công suất mạch ngoài cực đại? c) Người ta mắc song song R2 với Rx với nhau rồi mắc nối tiếp với R1 để tạo thành mạch ngoài của nguồn điện trên. Hỏi Rx bằng bao nhiêu thì công suất mạch ngoài cực đại? d) Trường hợp c. Hãy tính Rx để công suất trên Rx cực đại? e) Trong các trường hợp trên. Hãy tính công suất nguồn điện và hiệu suất của nguồn? ĐS: a) 4W, 100/9W. b) 2,4W. c) 8/3W d) 24/7W Bài 14: Có N = 60 nguồn điện giống nhau, mỗi nguồn có e = 1,5V và điện trở trong r = 0,6W ghép thành m dãy song song và mỗi dãy có n nguồn mắc nối tiếp. Mạch ngoài có điện trở R = 1W. Tính m, n để công suất mạch ngoài cực đại? ĐS: m = 6, n = 10. Pmax = 56,25W Bài 15: Bộ nguồn gồm m dãy, mỗi dãy có 5 acquy loại 2V – 0,8W. Mạch ngoài là bóng đèn 2V – 25W và điện trở R mắc song song. Tìm giá trị nhỏ nhất của m và giá trị của R để đèn sáng bình thường? ĐS: m = 7, R = 4/3W