Công thức tính công suất của nguồn là một trong những khái niệm cơ bản nhưng quan trọng trong chương trình Vật lý 11. Nắm vững công thức tính công suất nguồn và những khái niệm liên quan sẽ giúp bạn hiểu rõ cũng như áp dụng giải quyết nhiều bài vật lý.
Trong bài viết dưới đây, chúng ta sẽ khám phá Công thức tính công suất của nguồn, tìm hiểu về ý nghĩa và ứng dụng của khái niệm quan trọng này.
NỘI DUNG CHÍNH
Định nghĩa Công thức tính công suất của nguồn
Công suất Png của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện được trong một khoảng thời gian.
Công thức tính công suất của nguồn điện, đơn vị đo
Công thức tính công suất của nguồn điện:
Trong đó:
+ Png là công suất của nguồn điện, đơn vị là Oát.
+ Ang là công của nguồn điện, đơn vị là Jun (J);
+ t là thời gian nguồn điện thực hiện công, đơn vị là giây (s);
+ ξ là suất điện động từ nguồn điện, có đơn vị là Vôn (V);
+ I là cường độ của dòng điện, có đơn vị là ampe (A).
Lưu ý: Đơn vị của công suất nguồn điện là Jun trên giây, kí hiệu là J/s hoặc đơn vị Oát, kí hiệu là W.
>> Có thể bạn quan tâm: Máy thổi khí xử lý nước thải
Mở rộng về công suất của nguồn điện
Công suất của nguồn điện chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.
Đối với các nguồn có công suất lớn, ta có thể sử dụng đơn vị kilôoát. Còn kí hiệu là kW hoặc mê ga oát, kí hiệu là MW.
Quy đổi đơn vị như sau:
1 kW = 1000 W.
1 MW = 103 kW = 106 W.
Sử dụng công thức tính công suất tiêu thụ điện P và công suất của nguồn, ta có thể tính được hiệu suất của nguồn như sau:
Từ công thức tính công suất của nguồn ban đầu, ta có thể suy ra công thức tính công của nguồn được thực hiện trong một khoảng thời gian t là: Ang = Png.t
Tương tự, ta có thể suy ra công thức tính suất điện động và cường độ dòng điện như sau:
Công thức tính công của nguồn điện
Công thức tính công của nguồn điện tỉ lệ với công suất nguồn điện. Vậy công của nguồn điện là gì?
Công của nguồn điện hiểu đơn giản là công của những lực lạ bên trong nguồn điện và công của dòng điện chạy bên trong toàn mạch.
Công thức tính công của nguồn điện:
A= E.i.t = q.E
Trong đó:
E (V): suất điện động của nguồn điện
i (A): cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện
t (s): thời gian mà dòng điện chạy qua nguồn điện
q (C): điện lượng chuyển qua nguồn điện
Một số bài tập xác định công suất của nguồn điện
Bài 1:
Một nguồn điện có r = 0,05Ω. Khi dòng điện là 2A, nó cung cấp cho mạch ngoài một công suất bằng 8W. Hỏi khi dòng điện là 4A, nó cung cấp cho mạch ngoài công suất bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Ta thấy hiệu điện thế mạch ngoài được tính như sau: U = E – rI.
Ngoài ra, công suất cung cấp cho mạch ngoài là: P = UI = (E – rI)I.
+ Với I = 2A, suy ra P = (E – 0,05.2).2 = 8. Từ đó tìm ra E = 4.1 V.
+ Với I’ = 4A, suy ra P’ = (4.1 – 0,05.3).4 = 15,8 W.
Như vậy, khi dòng điện của nguồn là 3A, nó cung cấp cho mạch ngoài công suất là P’ = 15,8 W.
Bài 2: Nguồn E = 10V với r = 3Ω cung cấp cho điện trở mạch ngoài có công suất P = 7W. Tìm giá trị R.
Hướng dẫn
Từ công thức P = U.I = (E-rI)I ta có P = E.I – r.I^2.
Thay số từ đề bài vào ta được: 7 = 10.I – 3.I^2. Suy ra I = 7/3 hoặc I = 1.
Ta lại có: P = U.I tương đương với P = I^2. R
Với I = 1, tương đương: 7 = 1.R => R = 7 (Ω )
Với I = 7/3, ta có: 7 = 49/9.R => R = 9/7 (Ω )
Kết luận: với công suất P = 7W, giá trị R có thể là 7Ω hoặc 9/7Ω.
Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ bên dưới. Cho biết hiệu điện thế U = 24V.
Các điện trở R0 = 6 Ω, R1 = 18 Ω, Rx lần lượt là các biến trở, biết rằng dây nối đó có điện trở không đáng kể.
- a) Tính giá trị Rx sao cho công suất tiêu hao trên Rx là 13,5W và tìm hiệu suất của mạch điện. Biết rằng năng lượng điện tiêu hao trên trên R0 là vô ích, trên R1 và Rx là có ích.
- b) Tìm Rx để công suất tiêu thụ trên Rx đạt cực đại? Công suất cực đại này là bao nhiêu?
Lời giải:
a) Điện trở tương đương của R1 và Rx là:
Điện trở toàn mạch: R = R0 + R1x
Cường độ dòng điện qua mạch chính:
Ta có: Ix.Rx = I.R1x
Công suất hao phí trên Rx:
Ta có phương trình bậc 2: Rx 2 – 15Rx + 20,25 = 0
Giải phương trình trên ta được 2 nghiệm Rx = 13,5 Ω và Rx = 1,5 Ω.
Hiệu suất của mạch điện:
+ Với Rx = 13,5 Ω ta có:
+ Với Rx = 1,5 Ω ta có:
b) Ta có công thức tính công suất tiêu thụ trên Rx:
Để giá trị PX cực đại thì phần mẫu số phải cực tiểu, nhưng tích của 2 số không âm:
→ tổng của chúng sẽ cực tiểu khi:
Khi đó giá trị cực đại của công suất:
Hy vọng rằng với những kiến thức từ bài viết trên, các bạn sẽ dễ dàng áp dụng vào việc giải quyết các bài toán vật lý liên quan đến công và công suất của nguồn điện, đồng thời có thể xác định các đại lượng có liên quan một cách chính xác. Nếu còn bất kỳ điều gì cần thắc mắc hoặc muốn đóng góp ý kiến, mong các bạn để lại bình luận dưới bài viết. Chúng tôi sẽ cố gắng giải đáp mọi thắc mắc của bạn trong thời gian sớm nhất!
Xem tiếp: Hậu quả của hiệu ứng nhà kính