Chào các em học sinh thân mến!
Thầy/cô sẽ hướng dẫn các em giải bài tập này theo đúng tinh thần của chương trình Vật lý 10 mới. Đây là một bài toán cơ bản nhưng rất quan trọng về hiệu suất và năng lượng, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng trong các thiết bị điện quen thuộc.

Chúng ta cùng bắt đầu nhé!

PHÂN TÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

• Phân tích: Bài toán cho chúng ta biết hiệu suất của ấm điện và năng lượng có ích (nhiệt năng mà nước nhận được). Yêu cầu chúng ta tìm năng lượng toàn phần (năng lượng điện mà ấm đã tiêu thụ).
• Phương pháp: Chúng ta sẽ sử dụng công thức tính hiệu suất. Hiệu suất của một thiết bị được định nghĩa là tỉ số giữa năng lượng có ích (phần năng lượng thực hiện mục đích sử dụng) và năng lượng toàn phần (tổng năng lượng cung cấp cho thiết bị).

LỜI GIẢI CHI TIẾT

Bước 1: Tóm tắt các đại lượng đã cho

• Hiệu suất của ấm điện: \(H = 80\% = 0.8\)
• Năng lượng có ích (nhiệt năng nước thu được): \(Q_{ich} = 2 500\) J
• Năng lượng toàn phần (năng lượng điện cần cung cấp): \(Q_{tp} = ?\)

Lưu ý: Khi tính toán, chúng ta phải đổi hiệu suất từ phần trăm (%) ra số thập phân.

Bước 2: Viết công thức tính hiệu suất
Công thức tính hiệu suất của ấm đun nước là:
\[H = \frac{Q_{ich}}{Q_{tp}}\]
Trong đó:

• \(H\): là hiệu suất của ấm.
• \(Q_{ich}\): là nhiệt lượng có ích mà nước thu vào để nóng lên.
• \(Q_{tp}\): là năng lượng toàn phần mà ấm điện tiêu thụ.

Bước 3: Suy ra công thức tính năng lượng điện cần cung cấp
Từ công thức tính hiệu suất ở trên, chúng ta biến đổi để tìm năng lượng toàn phần \(Q_{tp}\):
\[Q_{tp} = \frac{Q_{ich}}{H}\]

Bước 4: Thay số và tính toán kết quả
Bây giờ, chúng ta thay các giá trị đã tóm tắt ở Bước 1 vào công thức ở Bước 3:
\[Q_{tp} = \frac{2500}{0.8} = 3125 \text{ (J)}\]

KẾT LUẬN
Vậy, năng lượng điện cần cung cấp để nước thu được nhiệt năng 2 500 J là 3 125 J.

Mở rộng thêm: Các em có thắc mắc 20% năng lượng còn lại (tức là \(3125 – 2500 = 625\) J) đã đi đâu không? Phần năng lượng này đã bị hao phí, chuyển hóa thành các dạng năng lượng không mong muốn như: làm nóng vỏ ấm, dây dẫn và tỏa ra môi trường xung quanh. Đây là lý do tại sao không có thiết bị nào đạt hiệu suất 100%.

Chúc các em học tốt