Bài học

Ôn tập tổng hợp: Jun – Len-xơ, tính tiền điện

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải được một bài toán tổng hợp nhiều phần, kết hợp điện năng tiêu thụ của nhiều thiết bị, biểu giá điện bậc thang và định luật Jun – Len-xơ trong cùng một đề bài — đúng cấu trúc nhiều câu hỏi liên tiếp của đề thi tuyển sinh lớp 10.

Kiến thức nền cần nhớ

Đây là bài ôn tập cuối khoá, tổng hợp toàn bộ bốn chương: công suất điện, điện năng tiêu thụ, định luật Jun – Len-xơ, và cách tính tiền điện. Không có kiến thức mới — chỉ có việc luyện tập kết hợp chúng trong một bài toán nhiều bước. Đây cũng là dạng bài tổng hợp phổ biến nhất trong đề thi tuyển sinh lớp 10 phần Vật lí: một tình huống đời sống thực (hoá đơn tiền điện của một gia đình cụ thể) được khai thác qua nhiều câu hỏi con, mỗi câu dùng một công thức khác nhau nhưng đều xoay quanh cùng một bộ dữ liệu ban đầu.

Khởi động

Một đề thi thực tế hiếm khi hỏi "tính A = Pt" một cách trần trụi. Thay vào đó, đề thường mô tả cả một gia đình với nhiều thiết bị, rồi hỏi liên tiếp: điện năng tiêu thụ là bao nhiêu, tiền điện phải trả là bao nhiêu, và có khi còn hỏi thêm về nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn. Em đã sẵn sàng giải một đề bài như vậy trọn vẹn chưa?

Kiến thức trọng tâm

Với một bài toán tổng hợp nhiều phần, chiến lược làm bài luôn theo đúng trình tự bốn bước: (1) tính điện năng tiêu thụ của TỪNG thiết bị bằng $A = Pt$ (nhớ đổi đúng đơn vị thời gian); (2) cộng lại thành tổng điện năng tiêu thụ của cả nhà trong khoảng thời gian đề cho; (3) áp biểu giá điện (đồng nhất hoặc bậc thang) vào tổng điện năng đó để tính tiền điện; (4) nếu đề hỏi thêm về nhiệt lượng toả ra ở một dây dẫn cụ thể, quay lại tính cường độ dòng điện của thiết bị liên quan (qua $I = P/U$ ) rồi áp dụng riêng định luật Jun – Len-xơ $Q = I^2Rt$ cho đúng đoạn dây đó — đây là một đại lượng hoàn toàn tách biệt với điện năng tiêu thụ của cả nhà, không được cộng gộp hai loại kết quả này lại với nhau.

Với một bài toán tổng hợp nhiều phần, chiến lược làm bài luôn theo đúng trình tự bốn bước: (1) tính điện năng tiêu thụ của TỪNG thiết bị bằng $A = Pt$ (nhớ đổi đúng đơn vị thời gian); (2) cộng lại thành tổng điện năng tiêu thụ của cả nhà trong khoảng thời gian đề cho; (3) áp biểu giá điện (đồng nhất hoặc bậc thang) vào tổng điện năng đó để tính tiền điện; (4) nếu đề hỏi thêm về nhiệt lượng toả ra ở một dây dẫn cụ thể, quay lại tính cường độ dòng điện của thiết bị liên quan (qua $I = P/U$) rồi áp dụng riêng định luật Jun – Len-xơ $Q = I^2Rt$ cho đúng đoạn dây đó — đây là một đại lượng hoàn toàn tách biệt với điện năng tiêu thụ của cả nhà, không được cộng gộp hai loại kết quả này lại với nhau.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp bốn bước: điện năng, tiền điện, nhiệt lượng

1
Một gia đình dùng: tủ lạnh $150\,W$ chạy liên tục $24\,h$ /ngày; quạt điện $65\,W$ chạy $6\,h$ /ngày; đèn LED tổng công suất $40\,W$ chạy $5\,h$ /ngày — tất cả trong $30$ ngày. Biểu giá điện: bậc 1 (0–100kWh) giá $1800\,đ/kWh$ , bậc 2 (phần vượt) giá $2500\,đ/kWh$ . Dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh có điện trở $R = 0{,}8\,\Omega$ (hiệu điện thế lưới điện $U = 220\,V$ ). Tính: (a) điện năng tiêu thụ mỗi thiết bị và tổng điện năng trong tháng; (b) tiền điện phải trả; (c) nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh trong 1 giờ tủ lạnh hoạt động.
Một gia đình dùng: tủ lạnh $150\,W$ chạy liên tục $24\,h$/ngày; quạt điện $65\,W$ chạy $6\,h$/ngày; đèn LED tổng công suất $40\,W$ chạy $5\,h$/ngày — tất cả trong $30$ ngày. Biểu giá điện: bậc 1 (0–100kWh) giá $1800\,đ/kWh$, bậc 2 (phần vượt) giá $2500\,đ/kWh$. Dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh có điện trở $R = 0{,}8\,\Omega$ (hiệu điện thế lưới điện $U = 220\,V$). Tính: (a) điện năng tiêu thụ mỗi thiết bị và tổng điện năng trong tháng; (b) tiền điện phải trả; (c) nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh trong 1 giờ tủ lạnh hoạt động.
2
Tủ lạnh: $t = 24 \times 30 = 720\,h$ , $A_1 = 0{,}15 \times 720 = 108\,kWh$ . Quạt: $t = 6 \times 30 = 180\,h$ , $A_2 = 0{,}065 \times 180 = 11{,}7\,kWh$ . Đèn LED: $t = 5 \times 30 = 150\,h$ , $A_3 = 0{,}04 \times 150 = 6\,kWh$ .
Tủ lạnh: $t = 24 \times 30 = 720\,h$, $A_1 = 0{,}15 \times 720 = 108\,kWh$. Quạt: $t = 6 \times 30 = 180\,h$, $A_2 = 0{,}065 \times 180 = 11{,}7\,kWh$. Đèn LED: $t = 5 \times 30 = 150\,h$, $A_3 = 0{,}04 \times 150 = 6\,kWh$.
3
$A = A_1 + A_2 + A_3 = 108 + 11{,}7 + 6 = 125{,}7\,kWh$ .
$A = A_1 + A_2 + A_3 = 108 + 11{,}7 + 6 = 125{,}7\,kWh$.
4
Bậc 1: $100 \times 1800 = 180\,000\,đ$ . Bậc 2 (phần vượt $125{,}7 - 100 = 25{,}7\,kWh$ ): $25{,}7 \times 2500 = 64\,250\,đ$ . Tổng tiền điện $= 180\,000 + 64\,250 = 244\,250\,đ$ .
Bậc 1: $100 \times 1800 = 180\,000\,đ$. Bậc 2 (phần vượt $125{,}7 - 100 = 25{,}7\,kWh$): $25{,}7 \times 2500 = 64\,250\,đ$. Tổng tiền điện $= 180\,000 + 64\,250 = 244\,250\,đ$.
5
$I = P/U = 150/220 \approx 0{,}682\,A$ .
$I = P/U = 150/220 \approx 0{,}682\,A$.
6
$t = 1\,h = 3600\,s$ . $Q = I^2Rt \approx (0{,}682)^2 \times 0{,}8 \times 3600 \approx 0{,}465 \times 0{,}8 \times 3600 \approx 1339\,J \approx 1{,}34\,kJ$ .
$t = 1\,h = 3600\,s$. $Q = I^2Rt \approx (0{,}682)^2 \times 0{,}8 \times 3600 \approx 0{,}465 \times 0{,}8 \times 3600 \approx 1339\,J \approx 1{,}34\,kJ$.
7
Vậy: tổng điện năng tiêu thụ trong tháng là $125{,}7\,kWh$ ; tiền điện phải trả là $244\,250\,đ$ ; và nhiệt lượng toả ra riêng trên dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh trong 1 giờ hoạt động là khoảng $1{,}34\,kJ$ — một đại lượng nhỏ hơn nhiều so với điện năng tiêu thụ của cả tủ lạnh, đúng vì phần lớn điện năng của tủ lạnh dùng để vận hành động cơ nén khí làm lạnh, chỉ một phần rất nhỏ toả nhiệt trên đoạn dây dẫn nối tới nó.
Vậy: tổng điện năng tiêu thụ trong tháng là $125{,}7\,kWh$; tiền điện phải trả là $244\,250\,đ$; và nhiệt lượng toả ra riêng trên dây dẫn cấp điện cho tủ lạnh trong 1 giờ hoạt động là khoảng $1{,}34\,kJ$ — một đại lượng nhỏ hơn nhiều so với điện năng tiêu thụ của cả tủ lạnh, đúng vì phần lớn điện năng của tủ lạnh dùng để vận hành động cơ nén khí làm lạnh, chỉ một phần rất nhỏ toả nhiệt trên đoạn dây dẫn nối tới nó.

Sai lầm thường gặp

Lỗi nghiêm trọng nhất trong bài toán tổng hợp là gộp lẫn nhiệt lượng toả ra ở MỘT đoạn dây dẫn (dùng $Q = I^2Rt$ ) với tổng điện năng tiêu thụ của CẢ THIẾT BỊ hoặc cả nhà (dùng $A = Pt$ ) — đây là hai đại lượng khác nhau, với hai công thức khác nhau, tính cho hai đối tượng khác nhau (đoạn dây dẫn riêng lẻ, so với toàn bộ thiết bị). Luôn đọc kỹ đề hỏi nhiệt lượng ở ĐÂU trước khi áp dụng công thức.

Lỗi nghiêm trọng nhất trong bài toán tổng hợp là gộp lẫn nhiệt lượng toả ra ở MỘT đoạn dây dẫn (dùng $Q = I^2Rt$) với tổng điện năng tiêu thụ của CẢ THIẾT BỊ hoặc cả nhà (dùng $A = Pt$) — đây là hai đại lượng khác nhau, với hai công thức khác nhau, tính cho hai đối tượng khác nhau (đoạn dây dẫn riêng lẻ, so với toàn bộ thiết bị). Luôn đọc kỹ đề hỏi nhiệt lượng ở ĐÂU trước khi áp dụng công thức.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Bài toán tổng hợp: tính $A$ từng thiết bị → cộng tổng → áp biểu giá tính tiền → nếu cần, tách riêng tính $Q = I^2Rt$ cho đoạn dây được hỏi. Không gộp lẫn điện năng tiêu thụ của thiết bị với nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn nối tới nó.

Đến đây, em đã hoàn thành toàn bộ khoá học Năng lượng điện: từ công suất điện, điện năng tiêu thụ, định luật Jun – Len-xơ, đến tính tiền điện và sử dụng điện an toàn, tiết kiệm — đủ nền tảng để giải trọn vẹn các câu hỏi về điện năng trong kỳ thi tuyển sinh lớp 10 và tiếp tục học Vật lí ở bậc THPT.