Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra của đoạn mạch và bài tập có lời giải

Để giúp các bạn học sinh có thể nắm vững được những kiến thức lí thuyết về bộ môn Vật Lí và vận dụng vào quá trình giải các bài tập trong đó có công thức tính nhiệt lượng tỏa ra. Trong bài viết này onthitot.com sẽ cung cấp cho các bạn nội dung cơ bản và áp dụng công thức tính nhiệt lượng và giải bài tập.

I/ Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trong mạch

Công thức: Q = I².R.t

Trong đó:

• I:  là cường độ dòng điện của dây dẫn, đơn vị Ampe (A)
• R: là điện trở của dây dẫn, đơn vị Ôm (Ω)
• t: là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, đơn vị giây (s).
• Q: là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn, đơn vị Jun (J).

II/ Một số bài tập

1/ Bài tập trắc nghiệm sử dụng công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trong mạch

Bài 1: Cho 1 mạch dao động LC gồm có: nguồn điện có suất điện động là E = 12 V, điện trở trong là r = 1 Ω, 1 tụ có điện dung là C = 200 μF, 1 cuộn dây có hệ số tự cảm là L = 0,2 H và 1 điện trở là R₀ = 4 Ω, biết điện trở R = 20 Ω. Ban đầu khóa K đóng khi trạng thái ở  trong mạch đã ổn định thì người ta ngắt khoá K. Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên điện trở R trong thời gian tính từ khi ngắt K đến khi dao động ở trong mạch tắt hoàn toàn?

1. 11,06 mJ B. 30,26 mJ C. 28,48 mJ                D. 24,74 mJ

Bài 2: Cho 1mạch điện gồm nguồn có suất điện động là E = 12 V,  điện trở trong là r = 1 Ω, 1 tụ có điện dung là C = 100 μF, 1 cuộn dây có hệ số tự cảm là L = 0,2 H và điện trở có giá trị là R₀ = 5 Ω, biết điện trở R = 18 Ω. Ban đầu khóa K đóng, khi trạng thái ở trong mạch ổn định người ta ngắt K. Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên điện trở R trong thời gian tính từ khi ngắt khóa K đến khi dao động ở trong mạch tắt hoàn toàn?

1. 25 mJ B. 28,45 mJ               C. 24,74 mJ               D. 5,175 mJ

Bài 3: 1 nguồn điện có suất điện động là 3 V, điện trở trong là 2 Ω, được mắc vào 2 đầu mạch gồm 1 cuộn dây có điện trở thuần là 3 Ω  và mắc song song với 1 tụ điện. Cho biết điện dung của tụ là 5 μF, độ tự cảm của tu là 5 μH. Khi mà dòng điện chạy qua mạch đã ổn định người ta ngắt nguồn điện khỏi mạch. Tính nhiệt lượng lớn nhất toả ra của cuộn dây bằng bao nhiêu?

1. 9 μJ B. 9 mJ                      C. 0,9 mJ                   D. 0,9 μJ

Bài 4: Cho 1 mạch dao động LC gồm có 1 nguồn điện có suất điện động là E = 12 V, điện trở trong là r = 1 Ω, 1 tụ có điện dung là C = 100 μF, 1 cuộn dây có hệ số tự cảm là L = 0,2 H và giá trị điện trở là R₀ = 5 Ω, biết điện trở R = 18 Ω. Ban đầu khóa K đóng đến khi trạng thái trong mạch ổn định thì người ta ngắt khoá K. Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên điện trở R và R₀ trong khoảng thời gian tính từ khi ngắt K đến khi dao động ở trong mạch là tắt hoàn toàn?

1. 25 mJ B. 28,45 mJ               C. 24,74 mJ               D. 31,6 mJ

Bài 5: Cho 1 mạch điện như hình vẽ gồm nguồn có suất điện động là E = 24 V, điên trở trong r = 1 Ω, tụ điện có điện dung là C = 100 μF, 1 cuộn dây có hệ số tự cảm là L = 0,2 H và giá trị điện trở R₀ = 5 Ω, biết điện trở R = 18 Ω. Ban đầu thì khoá k đóng đến khi trạng thái ở trong mạch ổn định người ta ngắt k. Tính nhiệt lượng toả ra ở trên điện trở R trong khoảng thời gian tính từ khi ngắt khoá k cho đến khi dao động ở trong mạch tắt hoàn toàn.

1. 98,96 mJ B. 24,74 mJ               C. 126,45 mJ             D. 31,61 mJ

2/ Bài tập sử dụng công thức tính nhiệt lượng tỏa ra

Bài 1: Cho 1 mạch điện gồm R₁ và R₂ mắc nối tiếp với nhau, có hiệu điện thế của mạch là U = 12, R₁ = 3 Ω, cho biết hiệu điện thế đặt vào 2 đầu R₂ là 3V.

1. a) Tính cường độ dòng điện chạy qua mạch và giá trị của R₂;
2. b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R₂ trong 1 phút nếu R1 mắc song song R2

Giải:

a/ Ta có R₁ nối tiếp R₂

U = U₁ + U₂ => U₁ = U – U₂ = 12 – 3 = 9 V

I = I₁ = I₂ = U₁ / R₁ = 3 A

R₂ = U₂ / I₂ = 1 Ω

b/ Vì R₁ mắc song song R₂ ta có:

Q₂ = I₂.R₂.t

U = U1 = U₂ = 12 V

I₂ = U₂ / R₂ = 12 A

Q₂ = 720 J

Bài 2: 1 khung dây phẳng hình chữ nhật có kích thước là 20 cm x 30cm gồm có 100 vòng dây được đặt trong từ trường đều và có cảm ứng từ 0,02 T. Khung dây này quay đều với tốc độ là 120 vòng/phút quanh 1 trục nằm ở trong mặt phẳng của khung dây, vuông góc với từ trường. 2 đầu khung dây được nối với điện trở là R = 1 Ω. Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra trên R trong khoảng thời gian 1 phút.

Giải:

Ta có tốc độ góc là: ω = 2πf = 2πnp/60 = 4π

Coi mạch là mạnh điện xoay chiều có 1 linh kiện ta có hiệu điện thế qua khung dây: U=E / √2 = ωNBS / √2

Công suất của mạch là : P=U² / R

Nhiệt lượng tỏa ra : Q = A = P.t ≈ 70(J)