Công suất điện của một dụng cụ cho biết nó tiêu thụ điện năng nhanh hay chậm. Trên mỗi bóng đèn, bếp điện, bàn là đều ghi công suất định mức — ví dụ bóng đèn ghi 220V–60W.
Kết hợp công thức P = U·I với định luật Ôm, ta suy ra hai dạng biến đổi rất thường dùng trong bài tập.
Điện năng tiêu thụ của một dụng cụ bằng công suất nhân với thời gian sử dụng: A = P·t. Trong đời sống, ta thường đo điện năng bằng đơn vị kilôoát giờ (kWh), còn gọi là "số điện".
Đề bài
Một bóng đèn ghi 220V–60W được mắc vào hiệu điện thế 220 V. Tính cường độ dòng điện qua đèn và điện trở của đèn.
Lời giải
Khi đèn sáng bình thường, P = 60 W, U = 220 V. Từ P = U·I suy ra I = P/U = 60/220 ≈ 0,273 A. Điện trở đèn: R = U²/P = 220²/60 ≈ 806,7 Ω (hoặc R = U/I = 220/0,273 ≈ 806,7 Ω).
Đề bài
Một bếp điện có công suất 1000 W hoạt động 2 giờ mỗi ngày. Tính điện năng tiêu thụ trong 30 ngày (kWh).
Lời giải
P = 1000 W = 1 kW. Mỗi ngày: A = P·t = 1 × 2 = 2 kWh. Trong 30 ngày: 2 × 30 = 60 kWh. Vậy bếp tiêu thụ 60 số điện.
Mô phỏng: Công suất và điện năng tiêu thụ
- Bóng đèn sáng (công suất P)
- Dòng điện I
- Hiệu điện thế U
- Công suất tiêu thụ
- 60 W
- Cường độ dòng điện
- 0,273 A
- Điện trở thiết bị
- 806,7 Ω
- Thời gian chạy
- 0m 0s
- Điện năng tiêu thụ
- 0 kWh
- Tiền điện (2.000đ/kWh)
- 0 đ
P = U·I; A = P·t. Đồng hồ quy đổi điện năng sang Wh theo thời gian chạy thực. Bật thiết bị và quan sát con số tăng dần.
Ý nghĩa thực tế: hiểu công suất và điện năng giúp em tính được tiền điện của gia đình và biết cách sử dụng thiết bị tiết kiệm điện. Một bóng đèn LED 9 W thay cho bóng đèn sợi đốt 60 W sẽ tiết kiệm gần 85% điện năng cho cùng độ sáng.
Công suất điện quanh em
Mọi thiết bị điện đều ghi công suất — con số quyết định độ mạnh, độ nóng và tiền điện em phải trả.
Trên mọi thiết bị đều ghi công suất (bóng đèn 60 W, nồi cơm 700 W, điều hoà 1200 W)
Công suất P = U·I cho biết thiết bị tiêu thụ điện năng nhanh đến đâu. Thiết bị P càng lớn càng "ăn điện" mạnh và toả nhiều nhiệt/làm việc mạnh hơn. Đó là thông số quan trọng nhất để chọn thiết bị.
Lý thuyết của bài: P = U·I — công suất tỉ lệ thuận với cả U và I.
Bóng đèn LED 9 W sáng bằng bóng sợi đốt 60 W nhưng tốn ít điện hơn nhiều
Hai bóng cho cùng độ sáng (cùng công suất phát quang hữu ích) nhưng LED chuyển gần như toàn bộ điện năng thành ánh sáng, trong khi bóng sợi đốt biến phần lớn thành nhiệt vô ích. Vì vậy LED chỉ cần P nhỏ hơn nhiều.
Lý thuyết của bài: Công suất là tốc độ tiêu thụ điện năng; hiệu suất quyết định phần nào hữu ích.
Bếp điện, bàn là, nồi cơm công suất lớn tiêu thụ nhiều điện
Các thiết bị này cần toả nhiều nhiệt nên công suất rất lớn (1000–2000 W). Theo A = P·t, chỉ cần dùng 1 giờ đã tốn 1–2 kWh, gấp hàng chục lần bóng đèn. Đó là lí do chúng "ngốn điện" nhất trong nhà.
Lý thuyết của bài: A = P·t — điện năng tỉ lệ thuận với công suất và thời gian dùng.
Hoá đơn tiền điện tính theo "số điện" (kWh)
Điện lực đo tổng điện năng tiêu thụ A = P·t bằng kWh. Mỗi thiết bị đóng góp P (kW) × thời gian dùng (h). Cộng tất cả lại ra số điện trong tháng — hiểu công suất giúp em tự tính và tiết kiệm tiền điện.
Lý thuyết của bài: 1 kWh = 3 600 000 J; tiền điện = tổng điện năng × đơn giá.
Vì sao bóng đèn sợi đốt nóng và dễ cháy?
Bóng sợi đốt biến đại bộ phận điện năng thành nhiệt (P = I²R trên dây tóc có R lớn). Nhiệt độ cao khiến dây tóc dễ đứt và làm nóng không gian — đó là "hao phí" điện năng dưới dạng nhiệt.
Lý thuyết của bài: P = I²R — điện trở lớn biến điện năng thành nhiệt.
Vì sao P = U·I và các dạng P = I²R = U²/R?
Trực giác:Công suất là "tốc độ làm việc" của dòng điện: mỗi electron được đẩy qua một hiệu điện thế thì nhận thêm năng lượng, và càng nhiều electron chạy qua mỗi giây (I càng lớn) thì năng lượng truyền đi càng nhanh.
- 1Công của dòng điện khi dịch chuyển điện tích q qua hiệu điện thế U là A = q·U (mỗi đơn vị điện tích nhận năng lượng U).
- 2Cường độ dòng điện là điện tích đi qua mỗi giây: I = q/t, nên q = I·t.
- 3Thay vào: A = q·U = I·t·U = U·I·t.
- 4Công suất là công trong một đơn vị thời gian: P = A/t = U·I·t / t = U·I.
- 5Dùng định luật Ôm U = I·R (hoặc I = U/R) thay vào P = U·I, ta được thêm hai dạng: P = I²R và P = U²/R — tùy bài cho biết đại lượng nào mà chọn dạng thuận tiện.
Ý nghĩa: Công suất điện P = U·I là năng lượng mà dòng điện chuyển hoá mỗi giây. Ba dạng công thức chỉ là biến đổi qua lại nhờ định luật Ôm; khi đề cho I và R thì dùng P = I²R, khi cho U và R thì dùng P = U²/R.