Công thức tính định luật Jun len xơ và bài tập có lời giải chính xác 100%

Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ định nghĩa định luật Jun len xơ là gìcông thức tính định luật Jun len xơ kèm theo các dạng bài tập có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo nhé

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,…

Công thức tính định luật Jun len xơ

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 Jun len xơ là:

Q = I2.R.t

Trong đó:

  • Q: nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn (J)
  • R: điện trở của vật dẫn (Ω)
  • I: cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A)
  • t: thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn (s)

Lưu ý:

Mối quan hệ giữa đơn vị Jun (J) và đơn vị calo (cal): 1 J = 0,24 cal; 1 cal = 4,18 J. Nên 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

Tham khảo thêm: Điện trở là gì? Công thức tính điện trở chính xác 100% [Ví dụ minh họa]

Bài tập ứng dụng về định luật Jun len xơ

Ví dụ 1: Hãy giải thích điều nêu ra trong phần mở đầu của bài: 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 hầu như không nóng lên?

Lời giải

Dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn và dây nối đều có cùng cường độ vì chúng được mắc nối tiếp nhau. Theo công thức tính định luật Jun – Len-xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở dây tóc và dây nối tỉ lệ với điện trở của từng đoạn dây. Dây tóc có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa ra nhiều, do đó dây tóc nóng lên tới 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, do đó dây nối hầu như không nóng lên và có nhiệt độ gần như nhiệt độ của môi trường.

Ví dụ 2: Dây xoắn của một bếp điện dài 7 m, tiết diện 0,1 mm2 và điện trở suất là 1,1.10-6 Ω.m.

a) Tính điện trở của dây xoắn

b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian 25 phút khi mắc bếp điện vào hiệu điện thế 220V.

c) Trong thời gian 25 phút, bếp này có thể đun sôi bao nhiêu lít nước từ nhiệt độ 25oC. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt.

Lời giải

a) Điện trở của dây xoắn của bếp là

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo

b) Cường độ dòng điện chạy qua dây xoắn khi mắc vào hiệu điện thế 220V là

R = U/R = 220 : 77 = 2,86 A

Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian 25 phút là:

Qtỏa = I2.R.t = 2,862.77.25.60 = 944743,8 J

c) Nhiệt lượng nước cần thu vào để nóng lên là: Qthu = m.c.Δt

Ta có: Qtỏa = Qthu.

Suy ra: 944743,8 = m.4200.(100 – 25) ⇒ m = 3 kg

Vì nước có khối lượng riêng 1kg/lít nên 3 kg nước ứng với 3 lít nước.

Ví dụ 3: Hai điện trở R1 = R2 = 100 Ω. Người ta mắc hai điện trở đó lần lượt bằng hai cách: song song và nối tiếp, rồi nối vào mạch điện có hiệu điện thế 100V

a) Tính dòng điện qua các điện trở trong mỗi trường hợp.

b) Xác định nhiệt lượng tỏa ra trên mỗi điện trở trong hai trường hợp trong thời gian 30 phút . Có nhận xét gì về kết quả tìm được.

Lời giải

a) Khi hai điện trở mắc nối tiếp: Rnt = R1 + R2 = 200 Ω.

Cường độ dòng điện qua bộ là:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-1

Khi hai điện trở mắc song song:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-2

Cường độ dòng điện qua bộ là:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-3

b) Khi hai điện trở mắc nối tiếp, nhiệt lượng tỏa ra là:

Q = Int2.Rnt.t = 0,52.200.30.60 = 90000J

Khi hai điện trở mắc song song, nhiệt lượng tỏa ra là:

Q = Iss2.Rss.t = 22.50.30.60 = 360000J

Khi mắc song song thì nhiệt lượng tỏa ra lớn gấp 4 lần so với khi mắc nối tiếp.

Ví dụ 5: Một ấm điện có hai dây dẫn R1, R2 để đun nước. Nếu dùng dây R1 thì nước trong ấm sẽ sôi sau thời gian t1 = 10 phút. Còn nếu dùng dây R2 thì sẽ sôi sau thời gian t2 = 40 phút. Tìm thời gian để đun sôi nước nếu cả hai dây điện trở :

a) Mắc nối tiếp

b) Song song

Lời giải

Coi hiệu suất của ấm là 100%.

Nhiệt lượng ấm tỏa ra khi dùng điện trở R1 là:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-4

Nhiệt lượng ấm tỏa ra khi dùng điện trở R2 là:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-5

Vì t2 = 4t1 nên dễ thấy R2 = 4R1

a) Điện trở tương đương khi mắc nối tiếp hai điện trở là Rnt = R1 + R2 = 5R1

Nhiệt lượng tỏa ra khi dùng bộ nối tiếp để đun nước là: Qnt = Q1.

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-6

b) Điện trở tương đương khi mắc song song hai điện trở là:

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-7

Nhiệt lượng tỏa ra khi dùng bộ son song để đun nước là: Qss = Q1.

cong-thuc-tinh-dinh-luat-jun-len-xo-8

Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được công thức tính định luật Jun len xơ để áp dụng vào làm bài tập nhé