Trong các bài học Vật lý 9, các bạn chắc chắn đã không còn xa lạ với định luật Jun-Len-xơ. Đây là một trong những định luật vô cùng quan trọng mà các bạn cần phải nắm vững, vậy chính xác định luật Jun-Len-xơ là gì, có công thức ra sao? Hãy cùng đi tìm hiểu qua bài viết dưới đây cùng DINHNGHIA.com.vn nhé!
Nội dung bài viết
Định luật Jun Lenxơ ra đời như thế nào?
Định luật này được hình thành khi một nhà khoa học người Anh là James Joule thực hiện nhiều thí nghiệm để nghiên cứu về quan hệ giữa nhiệt độ và năng lượng, từ điều này, ông đã phát triển nên ý tưởng năng lượng không thể được tạo ra hoặc tiêu hao một cách tự nhiên mà chỉ có thể chuyển đổi từ một hình thức sang hình thức khác.
Với ý tưởng đó, ông tiến hành các thí nghiệm nơi ông đo nhiệt độ tăng lên khi dòng điện chảy qua một đoạn dây dẫn, phát hiện được việc nhiệt độ tăng lên của dây dẫn tỉ lệ với bình phương của dòng điện và điện trở của dây. Joule công bố kết quả của mình vào những năm 1840.
Cùng lúc đó, Heinrich Friedrich Emil Lenz vốn một nhà vật lý người Nga cũng đang có những nghiên cứu tương tự về tương tác giữa điện năng và nhiệt năng. Năm 1834, ông đã đưa ra một quy tắc mà về sau được biết đến như Định luật Lenz. Nguyên tắc này nói rằng một dòng điện tạo ra bởi biến đổi trong từ trường sẽ tạo ra một từ trường ngược lại mục tiêu của nó.
Hai ý tưởng của Joule và Lenz đã được tổng hợp, tạo thành định luật Joule-Lenz hay định luật Jun Len-xơ, nó mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ và năng lượng điện, liên quan đến nhiều nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực điện từ học và nhiệt động học trong thế kỷ 19.
Phát biểu định luật Jun Lenxơ
Định luật Jun-Len-xơ là một quy tắc cơ bản trong Vật lý, đặc biệt là khi nói về hiện tượng phát nhiệt do dòng điện. Nó được phát biểu như sau: Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.
Ta có thể diễn giải cụ thể hơn, định nghĩa này miêu tả việc dòng điện chảy qua một vật liệu có điện trở và một phần của năng lượng điện được tiêu hao rồi biến thành nhiệt, từ đó nó làm tăng nhiệt độ của vật liệu. Qua đây, ta cũng biết được nguyên nhân tạo ra hiện tượng tỏa nhiệt trong các thiết bị điện như bóng đèn, máy tính, và các mạch điện khác.
Hệ thức của định luật Jun Lenxơ
- Q là nhiệt lượng tỏa ra, đơn vị jun (ký hiệu là J).
- I là cường độ dòng điện, đơn vị ampe (ký hiệu A).
- R là điện trở của dây dẫn và có đơn vị là Ôm.
- t là thời gian dòng điện chạy qua, có đơn vị là giây.
- Tỷ lệ quy đổi như sau: 1 J = 0,24 cal ; 1 cal = 4,18 J
Ứng dụng của định luật Jun Lenxơ
Định luật Jun-Len-xơ là một trong những nguyên lý cơ bản trong Vật lý, giải thích cách điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng và là một phần quan trọng của chương trình Vật lý lớp 11, giúp xác định mối quan hệ giữa nhiệt lượng tỏa ra từ dây dẫn, điện trở và cường độ dòng điện. Người ta có thể thiết kế các thiết bị điện an toàn, giúp ngăn chặn các hiện tượng như quá nhiệt, cháy, hoặc nổ do nhiệt năng tỏa ra quá lớn dựa vào định luật này.
Ngoài ra, từ hệ thức của nó ta còn có thể lựa chọn các loại nguyên liệu phù hợp cho mỗi thiết bị.
Ví dụ: Dùng dây dẫn làm từ Nikêlin hoặc Constantan với tác dụng chịu nhiệt cho các thiết bị mà toàn bộ điện năng biến đổi thành nhiệt năng.
Bài tập ứng dụng định luật Jun Lenxơ
Bài tập trắc nghiệm
Bài 1: Sau 1h đóng mạch, điện trở có nhiệt lượng tỏa ra là 432kcal. Tìm U, biết điện trở có giá trị 20Ω, nguồn có hiệu điện thế không đổi.
A. 100V
B. 220V
C. 200V
D. 250V
Đáp án: A
Bài 2: Dùng một ấm điện để đun sôi 3 lít nước ở nhiệt độ 25oC. Tính công suất của ấm để đun sôi trong thời gian 20 phút. Biết hiệu suất là 70% và nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K.
A. 1200W
B. 1125 W
C. 1500W
D. 2314W
Đáp án: B
Bài 3: Cho dòng điện có cường độ 4A chạy qua một điện trở R thì sau thời gian 30 phút, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở là 108kJ. Tính R
A. 4,5 Ω
B. 3,75 Ω
C. 2,75 Ω
D. 21 Ω
Đáp án: B
Bài 4: Cho hai điện trở R1 = 10Ω, R2 = 15Ω mắc nối tiếp, sau một thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở R1 là 4000J. Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên toàn mạch.
A. 10000 J
B. 450 kJ
C. 32 kJ
D. 2100 J
Đáp án: A
Bài tập tự luận
Bài 1: Điện trở suất của dây điện trở bếp làm bằng nicrom là 1,1.10-6 Ω.m. Dây có chiều dài 3m, tiết diện 0,05 mm2. Hãy tính:
a) Điện trở của dây.
b) Công suất của bếp điện, biết rằng nó có hiệu điện thế U = 220V.
c) Nhiệt lượng tỏa ra của bếp trong 30 phút.
Lời giải:
a) Điện trở của dây:
R = px(l:S) = 66Ω
b) Để tính được công suất, ta cần cường độ dòng điện chạy qua bếp:
I = U:R = 220:66 = 3,33A
=> Công suất của bếp là: P = U.I = 220.3,33 = 732,6W
c) Nhiệt lượng tỏa ra khi sử dụng bếp trong 30 phút:
Q = A = P.t = 732,6.30.60 = 1318680J
Bài 2: Cho một ấm điện có điện trở R = 220Ω hoạt động bình thương, cường độ dòng điện qua bếp là 2A.
a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong một phút.
b) Nếu dùng bếp để đun sôi 3 lít nước ở nhiệt độ ban đầu là 25oC thì thời gian đun nước là 20 phút. Tính hiệu suất của ấm.
Lời giải:
a) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 phút:
Q = I2.R.t = 22.220.1.60 = 52800J.
b) Để có hiệu suất, ta cần biết:
Nhiệt lượng dùng để đun sôi 3 lít nước:
Qi = m.c.Δt = 3.4200.(100 – 25) = 945 000J.
Nhiệt lượng bếp tỏa ra trong 20 phút:
Qtp = Q.20 = 1056 000J
=> Hiệu suất của bếp: H = (Qi:Qtp)x100% = 89,5%
Xem thêm:
- Định luật 1 Newton: Nội dung, Công thức và Ý nghĩa
- Định luật Raoult 1: Nội dung, Hệ thức và Ứng dụng
- Định nghĩa công suất tức thời? Công suất tức thời của lực hồi phục là gì?
Qua bài viết vừa rồi, chúng ta đã cùng nhau khám phá và hiểu rõ hơn về định luật Jun-Len-xơ. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc câu hỏi nào về bài viết hoặc về định luật Jun-Len-xơ, đừng ngần ngại để lại câu hỏi dưới đây để được giải đáp một cách sớm nhất nhé. Chúc các bạn học tốt!