Bài học

Công suất điện P = U.I

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính được công suất điện của một đoạn mạch hoặc một thiết bị theo công thức $P = U \cdot I$ , đọc và hiểu đúng các số liệu định mức (hiệu điện thế định mức, công suất định mức) ghi trên nhãn thiết bị điện, và vận dụng công thức này để kiểm tra xem một số thiết bị dùng chung một đường dây có vượt quá dòng điện cho phép hay không.

Sau bài này, em tính được công suất điện của một đoạn mạch hoặc một thiết bị theo công thức $P = U \cdot I$, đọc và hiểu đúng các số liệu định mức (hiệu điện thế định mức, công suất định mức) ghi trên nhãn thiết bị điện, và vận dụng công thức này để kiểm tra xem một số thiết bị dùng chung một đường dây có vượt quá dòng điện cho phép hay không.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở Course 5 và Course 6, em đã học cường độ dòng điện $I$ (đơn vị ampe, A), hiệu điện thế $U$ (đơn vị vôn, V) và định luật Ohm $I = U/R$ . Bài này thêm một đại lượng mới: công suất điện $P$ , cho biết dòng điện thực hiện công (sinh ra ánh sáng, nhiệt, chuyển động...) nhanh hay chậm.

Ở Course 5 và Course 6, em đã học cường độ dòng điện $I$ (đơn vị ampe, A), hiệu điện thế $U$ (đơn vị vôn, V) và định luật Ohm $I = U/R$. Bài này thêm một đại lượng mới: **công suất điện** $P$, cho biết dòng điện thực hiện công (sinh ra ánh sáng, nhiệt, chuyển động...) nhanh hay chậm.

Khởi động

Trên vỏ một chiếc bàn là có ghi "220V – 1000W", còn trên đuôi một bóng đèn ghi "220V – 60W". Cùng cắm vào ổ điện 220V như nhau, vì sao bàn là làm nóng rất nhanh còn bóng đèn thì không? Con số 1000W và 60W nói lên điều gì?

Kiến thức trọng tâm

Công suất điện của một đoạn mạch (hay một thiết bị) đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của dòng điện, được tính bằng tích của hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua nó:

$P = U \cdot I$

trong đó $U$ tính bằng vôn (V), $I$ tính bằng ampe (A), $P$ tính bằng watt (W). Một số bội số thường gặp: $1\,kW = 1000\,W$ ; công suất của các nhà máy điện lớn còn tính bằng MW ( $1\,MW = 10^6\,W$ ).

Mỗi thiết bị điện đều có ghi số liệu định mức trên nhãn, dạng " $U_{đm}$ – $P_{đm}$ ", ví dụ "220V – 100W". Con số này cho biết: khi đặt vào thiết bị đúng hiệu điện thế định mức $U_{đm}$ , thiết bị sẽ tiêu thụ đúng công suất định mức $P_{đm}$ và hoạt động bền, an toàn. Nếu đặt vào một hiệu điện thế khác định mức, công suất tiêu thụ thực tế sẽ khác $P_{đm}$ — thiết bị có thể hỏng (nếu $U$ quá cao) hoặc hoạt động yếu, không đạt hiệu quả (nếu $U$ quá thấp). Từ công thức $P = UI$ , khi biết công suất định mức và hiệu điện thế định mức, em suy ra được cường độ dòng điện định mức: $I_{đm} = P_{đm} / U_{đm}$ — đây chính là dòng điện mà thiết bị rút từ nguồn khi hoạt động bình thường.

Biết cường độ dòng điện định mức của từng thiết bị rất hữu ích trong thực tế: mỗi đường dây điện và mỗi cầu chì trong nhà chỉ chịu được một cường độ dòng điện tối đa nhất định. Khi cắm nhiều thiết bị cùng lúc vào một ổ hay một đường dây, tổng cường độ dòng điện chính là tổng các dòng điện định mức của từng thiết bị cộng lại — nếu tổng này vượt quá giới hạn của dây dẫn hoặc cầu chì, mạch sẽ quá tải.

**Công suất điện** của một đoạn mạch (hay một thiết bị) đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của dòng điện, được tính bằng tích của hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua nó: $$P = U \cdot I$$ trong đó $U$ tính bằng vôn (V), $I$ tính bằng ampe (A), $P$ tính bằng watt (W). Một số bội số thường gặp: $1\,kW = 1000\,W$; công suất của các nhà máy điện lớn còn tính bằng MW ($1\,MW = 10^6\,W$). Mỗi thiết bị điện đều có ghi **số liệu định mức** trên nhãn, dạng "$U_{đm}$ – $P_{đm}$", ví dụ "220V – 100W". Con số này cho biết: khi đặt vào thiết bị đúng hiệu điện thế định mức $U_{đm}$, thiết bị sẽ tiêu thụ đúng công suất định mức $P_{đm}$ và hoạt động bền, an toàn. Nếu đặt vào một hiệu điện thế khác định mức, công suất tiêu thụ thực tế sẽ khác $P_{đm}$ — thiết bị có thể hỏng (nếu $U$ quá cao) hoặc hoạt động yếu, không đạt hiệu quả (nếu $U$ quá thấp). Từ công thức $P = UI$, khi biết công suất định mức và hiệu điện thế định mức, em suy ra được cường độ dòng điện định mức: $I_{đm} = P_{đm} / U_{đm}$ — đây chính là dòng điện mà thiết bị rút từ nguồn khi hoạt động bình thường. Biết cường độ dòng điện định mức của từng thiết bị rất hữu ích trong thực tế: mỗi đường dây điện và mỗi cầu chì trong nhà chỉ chịu được một cường độ dòng điện tối đa nhất định. Khi cắm nhiều thiết bị cùng lúc vào một ổ hay một đường dây, tổng cường độ dòng điện chính là tổng các dòng điện định mức của từng thiết bị cộng lại — nếu tổng này vượt quá giới hạn của dây dẫn hoặc cầu chì, mạch sẽ quá tải.

Công suất định mức của một số thiết bị điện thường gặp trong nhà

Ví dụ

Tính cường độ dòng điện định mức từ công suất định mức

1
Một bóng đèn có ghi "220V – 100W" hoạt động đúng định mức. Tính cường độ dòng điện chạy qua đèn.
2
Ta có $P = U \cdot I$ , suy ra $I = \dfrac{P}{U}$ .
Ta có $P = U \cdot I$, suy ra $I = \dfrac{P}{U}$.
3
Thay $P = 100\,W$ , $U = 220\,V$ : $I = \dfrac{100}{220} \approx 0{,}45\,A$ .
Thay $P = 100\,W$, $U = 220\,V$: $I = \dfrac{100}{220} \approx 0{,}45\,A$.
4
Giá trị $0{,}45\,A$ hợp lý cho một bóng đèn dân dụng công suất trung bình (đèn sợi đốt thường có $I_{đm}$ dưới 1A). Vậy cường độ dòng điện định mức của đèn là $I_{đm} \approx 0{,}45\,A$ .
Giá trị $0{,}45\,A$ hợp lý cho một bóng đèn dân dụng công suất trung bình (đèn sợi đốt thường có $I_{đm}$ dưới 1A). Vậy cường độ dòng điện định mức của đèn là $I_{đm} \approx 0{,}45\,A$.

Ví dụ

Kiểm tra một ổ cắm có bị quá tải không

1
Một ổ cắm điện có cầu chì bảo vệ ghi "5A". Gia đình cắm đồng thời một bàn là "220V – 1000W" và một bóng đèn "220V – 60W" vào cùng ổ này. Hỏi tổng cường độ dòng điện qua ổ cắm có vượt quá 5A không?
2
Áp dụng $I = P/U$ cho từng thiết bị: bàn là $I_1 = \dfrac{1000}{220} \approx 4{,}55\,A$ ; bóng đèn $I_2 = \dfrac{60}{220} \approx 0{,}27\,A$ .
Áp dụng $I = P/U$ cho từng thiết bị: bàn là $I_1 = \dfrac{1000}{220} \approx 4{,}55\,A$; bóng đèn $I_2 = \dfrac{60}{220} \approx 0{,}27\,A$.
3
Vì hai thiết bị mắc song song vào cùng một nguồn 220V nên dòng điện qua dây chung là tổng hai dòng nhánh: $I = I_1 + I_2 \approx 4{,}55 + 0{,}27 = 4{,}82\,A$ .
Vì hai thiết bị mắc song song vào cùng một nguồn 220V nên dòng điện qua dây chung là tổng hai dòng nhánh: $I = I_1 + I_2 \approx 4{,}55 + 0{,}27 = 4{,}82\,A$.
4
So sánh $I \approx 4{,}82\,A$ với giới hạn $5\,A$ của cầu chì, ta thấy $4{,}82\,A < 5\,A$ . Vậy ổ cắm chưa bị quá tải, cầu chì chưa bị đứt — nhưng dòng điện đã khá gần ngưỡng an toàn, nếu cắm thêm một thiết bị khác thì rất dễ vượt quá 5A.
So sánh $I \approx 4{,}82\,A$ với giới hạn $5\,A$ của cầu chì, ta thấy $4{,}82\,A < 5\,A$. Vậy ổ cắm chưa bị quá tải, cầu chì chưa bị đứt — nhưng dòng điện đã khá gần ngưỡng an toàn, nếu cắm thêm một thiết bị khác thì rất dễ vượt quá 5A.

Sai lầm thường gặp

Nhiều em nhầm công suất định mức $P_{đm}$ là công suất thiết bị LUÔN tiêu thụ, dù cắm vào hiệu điện thế nào. Thực ra $P_{đm}$ chỉ đúng khi thiết bị hoạt động ở ĐÚNG hiệu điện thế định mức $U_{đm}$ ghi trên nhãn. Ngoài ra, khi tính tổng dòng điện của nhiều thiết bị mắc chung một đường dây (mắc song song vào nguồn), phải CỘNG các cường độ dòng điện lại, không phải cộng các công suất rồi chia cho U.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

$P = U \cdot I$ (đơn vị W, V, A). Từ đó suy ra $I_{đm} = P_{đm}/U_{đm}$ . Khi nhiều thiết bị mắc song song vào cùng đường dây, tổng dòng điện là tổng các dòng điện định mức — phải so sánh với giới hạn của dây dẫn và cầu chì để tránh quá tải.

$P = U \cdot I$ (đơn vị W, V, A). Từ đó suy ra $I_{đm} = P_{đm}/U_{đm}$. Khi nhiều thiết bị mắc song song vào cùng đường dây, tổng dòng điện là tổng các dòng điện định mức — phải so sánh với giới hạn của dây dẫn và cầu chì để tránh quá tải.

Bài tiếp theo cho em một cách tính công suất khác, dùng ngay điện trở của dây dẫn hoặc thiết bị — rất hữu ích khi đề bài không cho trực tiếp cả $U$ lẫn $I$ cùng lúc.