Điện năng và công suất điện. Định luật Jun-Lence

Heinrich Friedrich Emil Lenz (12 tháng 2 năm 1804 – 10 tháng 2 năm 1865) là một nhà vật lý học người Đức - Nga - Estonia, ông nổi tiếng hơn cả vì đã viết ra Định luật Lenz trong điện động lực học vào năm 1833.
Heinrich Lenz
Nhà vật lý học Heinrich Friedrich Emil Lenz chào đời tại Dorpat (nay là Tartu), xứ Livonia thuộc Đế quốc Nga. Sau khi hoàn tất việc học Trung học vào năm 1820, ông học hóa học và vật lý tại Trường Đại học Dorpat. Ông đồng hành với nhà hàng hải Otto von Kotzebue trong chuyến du hành vòng quanh thế giới lần thứ ba của ông này, từ năm 1823 cho đến năm 1826. Trong chuyến đi, Heinrich Lenz đã học về điều kiện khí hậu và tính chất vật lý của nước biển. Kết quả của chuyến đi này đã được ghi nhận trong tác phẩm "Những ký ức của Viện Hàn lâm Khoa học Sankt-Peterburg".
Sau chuyến đi này, Heinrich Lenz bắt đầu làm việc tại Trường Đại học Sankt-Petrburg, nước Nga, tại đây ông làm Chủ nhiệm khoa Toán học và Vật lý từ năm 1840 đến năm 1863, và trở thành Hiệu trưởng từ năm 1863 tới khi qua đời năm 1865. Heinrich Lenz bắt đầu nghiên cứu Điện từ học vào năm 1831. Ngoài định luật được đặt theo tên ông, ông cũng nghiên cứu độc lập mà phát hiện ra Định luật Joule vào năm 1842. Để ghi nhớ nỗ lực của ông đối với định luật, người ta gọi là "Định luật Joule-Lenz", cũng được đặt theo tên của nhà vật lý học người Anh James Prescott Joule.
Trong chuyến đi Ý vào năm 1865, tình hình sức khỏe của nhà vật lý học Heinrich Friedrich Emil Lenz trở nên tồi tệ, và ông qua đời tại Roma vào ngày 10 tháng 2 năm ấy. [1]
James Prescott Joule
James Prescott Joule (24 tháng 12 năm 1818 - 11 tháng 10 năm 1889) là một nhà vật lý người Anh sinh tại Salford, Lancashire. Joule là người học về nhiệt và đã có công phát hiện ra mối liên hệ của nhiệt với công. Phát hiện này đã dẫn đến sự ra đời của định luật bảo toàn năng lượng, định luật đã tạo tiền đề cho sự phát triển của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học. Đơn vị công joule, được đặt theo tên của ông. James Joule là người lập nên định luật Joule-Lenz, định luật về tính nhiệt tỏa ra từ một đoạn dây với dòng điện chạy qua.
Cùng Thomxơn (W. Thomson) tìm ra hiệu ứng mang tên hai ông. Vận dụng thuyết động học chất khí để giải thích định luật Bôi-Mariôt (Boyle - Mariotte) tính vận tốc trung bình của phân tử khí.
BÀI 12 : ĐIỆN NĂNG VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN
ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ
I. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA MỘT ĐOẠN MẠCH
Công của dòng điện là công của lực điện thực hiện khi làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch.

A = U.q = U.I.t (J)
U : hiệu điện thế (V)
I : cường độ dòng điện (A)
q : điện lượng (C)
t : thời gian (s)
1. Công của dòng điện:
Công này chính là điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ và được tính bởi:
2 .Công suất của dòng điện
Công suất của dòng điện chạy qua một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
(W)
3. Định luật Jun - Len-xơ:
Nếu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R, công của lực điện chỉ làm tăng nội năng của vật dẫn. Kết quả là vật dẫn nóng lên và toả nhiệt.
Kết hợp với định luật ôm ta có:
(J)
Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật
II CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN
1. Công của nguồn điện
Công của nguồn điện cũng là công của lực lạ khi làm di chuyển các điện tích giữa hai cực để duy trì hiệu điện thế nguồn. Đây cũng là điện năng sản ra trong toàn mạch.
Ta có :
A = q.E = E .I.t
(J)
E: su?t di?n d?ng (V)
I: cu?ng d? dịng di?n (A)
q : di?n tích (C)
2. Công suất của nguồn điện
Ta có :
= E.I
Công suất của nguồn điệncó giá trị bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian
Công suất của nguồn điện có trị số bằng công suất của dòng điện chạy trong toàn mạch. Đó cũng là công suất điện sản ra trong toàn mạch
III CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁC DỤNG CỤ TIÊU THỤ ĐIỆN
Hai loại dụng cụ tiêu thụ điện:
1. Công và công suất của dụng cụ toả nhiệt:
- Công (điện năng tiêu thụ):
(theo định luật Jun - Len-xơ)
- Công suất :
2. Suất phản điện của máy thu điện
Trong máy thu điện chỉ có một phần Q’ của điện năng A cung cấp cho máy chuyển hóa thành nhiệt ở điện trở rp của máy:
Q’=rpI2t
Phần điện năng còn lại A’ được chuyển hóa thnah2 các dạng năng lượng có ích khác.Ví dụ quạt điện , động cơ điện,… chuyển hóa điện năng thành cơ năng; acquy dang được nạp điện,bình điện phân không có hiện tượng dương cực tan(xem bài 19) chuyển hóa điện năng thành hóa năng. Thí nghiệm chứng tỏ phần điện năng A’ này tỉ lệ với điện lượng q chuyển qua máy thu điện
A’ = Epq
Trong đó hệ số tỉ lệ Ep là đại lượng đặc trưng cho máy thu điện, được gọi là suất phản điện của máy thu điện. Từ đó ta rút ra công thức
Ep =
A
q
Nếu q=1 C thì Ep = A’. Như vậy, suất phản điện của máy thu điện được xác định bằng điện năng mà dụng cụ chuyển hóa thành dạng năng lượng khác, không phải là nhiệt khi có một đơn vị điện tích dương chuyển qua máy
2. Suất phản điện của máy thu điện
Suất phản điện có đơn vị là vôn giống như suất điện động. Trong trường hợp máy thu điện là nguồn điện đang được nạp điện thì suất phản điện bằng suất điện động có trị số bằng suất điện động của nguồn lúc phát điện; dòng điện nạp đi vào cực dương
2. Suất phản điện của máy thu điện
Công tổng cộng A mà dòng điện thực hiện ở máy thu điện bằng:
A=A’ + Q’ = EpIt + rp I2t = UIt
Với U là hiệu điện thế đặt vào máy thu điện. Đó cũng là điện năng tiêu thụ của máy thu điện trong khoảng thời gian t
= Ep.I + rp.I2

Ep.I: công suất có ích;
rp.I2: công suất hao phí (toả nhiệt)
3)Điện năng và công suất điện tiêu thụ của máy thu điện
4)Hiệu suất của máy thu điện
Hiệu suất của máy thu điện là:
H = 1 - I
r
U
p
5)Chú ý
Trên các dụng cụ tiêu thụ điện, người ta thường ghi hai chỉ số đó là công suất điện Pđ (công suất định mức) của dụng cụ, và hiệu điện thế Uđ (hiệu điện thế định mức) càn phải đặt vào dụng cụ để nó hoạt động bình thường. Khi hiệu điện thế đặt vào dụng cụ có giá trị bằng Uđ , thì công suất tiêu thụ của dụng cụ có giá trị đúng bằng Uđ, thì công suất tiêu thụ đúng bằng Pđ và dòng điện chạy qua dụng cụ có cường độ
Iđ =
Pđ
Uđ
Gọi là cường độ dòng điện định mức
IV Đo công suất điện và điện năng tiêu thụ
Muốn xác định công suất điện tiêu thụ ở một đoạn mạch, người ta dùng một ampe kế để đo cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch và dùng một vôn kế để đo hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch. Từ đó tính công suất của dòng điện trên đoạn mạch.
Trong kĩ thuật, người ta chế tạo ra dụng cụ dùng để đo công suất, gọi là oát kế. Độ lệch của kim hiển thị trên mặt chia độ cho ta biết công suất tiêu thụ trong đoạn mạch
Để đo công của dòng điện, tức là điện năng tiêu thụ, người ta dùng máy đếm điện năng hay công tơ điện. Điện năng tiêu thụ thường được tính ra kilôoát giờ(kW.h)
1kW.h = 3600000J
1)Chọn phương án đúng
Theo định luật Jun – Len-xơ, nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn:
A Tỉ lệ với cường độ dòng điện qua dây dẫn
B Tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện
C Tỉ lệ nghịch với bình phương cường độ dòng điện
D Tỉ lệ với bình phương điện trở của dây dẫn
Tổ hợp các đơn vị đo lường nào dưới đây không tương đương với đơn vị công suất trong hệ SI?
A J/s
B A.V
C A2.Ω
D Ω2/V