Công thức liên quan Bài 08: Điện năng. Công suất điện.

1/Mạch chứa đèn :

Trên đèn thường ghi $\left(U_{Đ},P_{Đ}\right)$ với $U_{Đ}$ là hiệu điện thế cần đặt vào hai đầu đèn để đèn sáng bình thường hay còn gọi là hiệu điện thế định mức , $P_{Đ}$ là công suất của đèn khi đèn sáng bình thường hay còn gọi là công suất định mức.

Các công thức : 

$R_{Đ}=\frac{{U^2}_{Đ}}{P_{Đ}}$ ,  $I_{bt}=\frac{P_{Đ}}{U_{Đ}}$

Kí hiệu trên mạch:

2/Thiết bị điện và đo điện

a/Khóa K: Có tác dụng đóng ngắt mạch điện.Khi K đóng dòng điện được phép chạy qua và khi K mở thì không cho dòng điện chạy qua

Kí hiệu :

b/Tụ điện C : Có tác dụng tích điện và không cho dòng điện một chiều đi qua.

Kí hiệu

c/Ampe kế : Dùng để đo cường độ dòng điện thường có điện trở rất nhỏ và được mắc nối tiếp.

Kí hiệu

d/Vôn kế: Dùng để đo hiệu điện thế thường có điện trở rất lớn và được mắc song song.

Kí hiệu :

e/Điện kế G : Dùng để xác định chiều dòng điện trong đoạn mạch.Mắc nối tiếp với mạch

Kí hiệu :

f/Oát kế :Dùng để đo công suất trong mạch.Mắc nối tiếp với mạch

Kí hiệu :

BIẾN TRỞ

Biến trở là các điện trở có thể thay đổi giá trị.

Các loại

Kí hiệu

Công suất tỏa nhiệt của biến trở

$R_N$ là điện trở của đoạn mạch.

Điện trở của toàn mạch : $R_{td}=R_x+R_N$

$$\begin{gathered} P_x=\frac{U^2{R}_x}{{\left(R_x+R_N\right)}^2}=\frac{U^2}{{\left(\sqrt{R_x}+{\displaystyle \frac{R_N}{\sqrt{R_x}}}\right)}^2}\le \frac{U^2}{4R_N} \\ Khi R_x=R_N , P_x=\frac{U^2}{4R_N} \end{gathered}$$

Định luật nút mạch:

Tổng cường độ dòng điện có chiều vào nút bằng với tổng cường độ dòng điện của các dòng điện có chiều ra khỏi nút.

$$\begin{gathered} I_{in}=I_{out} \\ {I}_1+I_2=I_3+I_4 \end{gathered}$$

Xét mạch không chứa nguồn

TH1 : Khi giữa MN không có điện trở, cùng một nhánh.

$V_M\approx V_N$ do điện trở của dây rất nhỏ có thể bỏ qua $U_{MN}=\rho \frac{l}{S}.I$

TH2: Khi giữa MN có điện trở , cùng một nhánh

$U_{MN}=U_R=I.R=V_M-V_N$

TH3: Khi giữa MN nằm trên mỗi nhánh

$U_{MN}=V_M-V_N=U_{AN}-U_{AM}=I_{AN}.R_{AN}-I_{AM}.R_{AM}$

Với ví dụ trên hình:

$$\begin{gathered} U_{MN}=V_M-V_N=I_2.R_2-I_1.R_1 \\ {I}_2=\frac{U_{AB}}{R_1+R_3} ; I_1=\frac{U_{AB}}{R_2+R_4} \end{gathered}$$

Khi bài toán hỏi cách mắc V kế : ta mắc cực dương với điểm có điện thế lớn hơn, cực âm nối với cực còn lại

TH4: MN nối hai nhánh bằng điện trở

Chọn chiều dòng điện trên MN

Theo định luật nút mạch tại M, N

$$\begin{gathered} T\mathrm{ạ}i M :I_5+I_1=I_3 \\ Tại N: I_5+I_4={\mathrm{Ị}}_2 \\ \Rightarrow \\ \frac{U_{AM}-U_{AN}}{R_5}+\frac{U_{AM}}{R_1}=\frac{U_{AB}-U_{AM}}{R_3} \\ \frac{U_{AM}-U_{AN}}{R_5}+\frac{U_{AB}-U_{AN}}{R_4}=\frac{U_{AN}}{R_2} \end{gathered}$$

Giải hệ tìm $U_{AN} ,U_{AM}$

Với

 $H$ $\left(\%\right)$ là hiệu suất nguồn điện.

$\mathcal{E}$ $\left(V\right)$ là suất điện động của nguồn.

$U_N \left(V\right)$ là hiệu điện thế mạch ngoài.

$R_N \left(\Omega \right)$ là điện trở mạch ngoài.

$r$ $\left(\Omega \right)$ là điện trở trong của nguồn 

Phát biểu: Công suất ${\mathcal{P}}_{ng}$ của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.

Chú thích:

${\mathcal{P}}_{ng}$: công suất của nguồn điện $\left(W\right)$

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch.

Chú thích: 

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$q$: điện lượng $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian (s)

Phát biểu: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Chú thích:

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra ở đoạn mạch $\left(J\right)$

$R$: điện trở của đoạn mạch $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Trong đó điện trở $R$ được tính bằng công thức: $R=\rho \frac{l}{S}$.

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $\left(\Omega m\right)$

$l$: chiều dài vật dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện ngang của vật dẫn $\left(m^2\right)$

Heinrich Lenz (1804 - 1865)

James Prescott Joule (1818 - 1889)

Phát biểu: Công suất tỏa nhiệt $\mathcal{P}$ ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất tỏa nhiệt $\left(W\right)$

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$R$: điện trở của vật dẫn $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất điện của đoạn mạch $\left(W\right)$

$A$: điện năng tiêu thụ $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Dụng cụ dùng để đo công suất thường dùng là Watt kế.