Chúng ta cùng bắt đầu nhé!

Tóm tắt đề bài:
Điện trở của bếp điện: R = 80 Ω
Cường độ dòng điện khi bếp hoạt động bình thường: I = 2,5 A
Khối lượng nước cần đun: m = 1,5 l ≈ 1,5 kg (vì khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³ hoặc 1 kg/l)
Nhiệt độ ban đầu của nước: t₁ = 25 °C
Thời gian đun sôi nước: t = 20 phút = 1200 giây
Nhiệt dung riêng của nước: c = 4200 J/kg.K
Thời gian sử dụng bếp mỗi ngày: 3 giờ
Thời gian sử dụng bếp trong 30 ngày: 30 ngày
Giá điện: 1800 đồng/kWh

Yêu cầu:
a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây.
b) Tính hiệu suất của bếp.
c) Tính tiền điện phải trả trong 30 ngày.

Giải bài tập:

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây

Chúng ta sẽ sử dụng định luật Jun-Lenxơ để tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn. Định luật này cho biết nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.

Công thức của định luật Jun-Lenxơ là:
Q = I² R t

Trong đó:
Q là nhiệt lượng tỏa ra (J)
I là cường độ dòng điện (A)
R là điện trở (Ω)
t là thời gian (s)

Ở đây, chúng ta cần tính nhiệt lượng tỏa ra trong 1 giây, vậy t = 1 s.
Thay số vào công thức:
Q = (2,5 A)² 80 Ω 1 s
Q = 6,25 A² 80 Ω 1 s
Q = 500 J

Vậy, nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1 giây là 500 J.

b) Tính hiệu suất của bếp

Hiệu suất của bếp điện được tính bằng tỉ lệ giữa nhiệt lượng có ích mà bếp cung cấp cho nước để đun sôi và nhiệt lượng toàn phần mà bếp tỏa ra.

Nhiệt lượng có ích (Qích) là nhiệt lượng cần thiết để làm sôi khối nước. Ta tính nhiệt lượng này bằng công thức:
Qích = m c Δt

Trong đó:
m là khối lượng nước (kg)
c là nhiệt dung riêng của nước (J/kg.K)
Δt là độ tăng nhiệt độ của nước (°C hoặc K). Vì ta tính độ tăng nhiệt độ, đơn vị °C và K là tương đương.
Δt = t₂ – t₁

Ở đây, nước được đun sôi, nghĩa là nhiệt độ cuối cùng là 100 °C.
Δt = 100 °C – 25 °C = 75 °C

Thay số vào công thức tính nhiệt lượng có ích:
Qích = 1,5 kg 4200 J/kg.K 75 °C
Qích = 1,5 4200 75 J
Qích = 472500 J

Nhiệt lượng toàn phần (Qtoanphần) là nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong suốt quá trình đun sôi nước. Thời gian đun sôi nước là 20 phút, tức là t = 1200 giây.
Ta đã tính được nhiệt lượng tỏa ra trong 1 giây ở câu a) là 500 J. Vậy nhiệt lượng tỏa ra trong 1200 giây là:
Qtoanphần = Q_1s * t
Qtoanphần = 500 J/s * 1200 s
Qtoanphần = 600000 J

Hoặc ta có thể tính trực tiếp Qtoanphần bằng định luật Jun-Lenxơ với thời gian t = 1200s:
Qtoanphần = I² R t
Qtoanphần = (2,5 A)² 80 Ω 1200 s
Qtoanphần = 6,25 80 1200 J
Qtoanphần = 600000 J

Hiệu suất của bếp (H) được tính bằng công thức:
H = (Qích / Qtoanphần) * 100%

Thay số vào công thức tính hiệu suất:
H = (472500 J / 600000 J) * 100%
H = 0,7875 * 100%
H = 78,75%

Vậy, hiệu suất của bếp là 78,75%.

c) Tính tiền điện phải trả trong 30 ngày

Để tính tiền điện, chúng ta cần tính tổng năng lượng điện mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày, sau đó nhân với giá điện. Năng lượng điện tiêu thụ được tính bằng đơn vị kWh (kilowatt-giờ).

Trước hết, chúng ta cần tính công suất của bếp. Công suất (P) của bếp được tính bằng công thức:
P = I * U
hoặc
P = I² * R
hoặc
P = U²/R

Chúng ta có I và R, nên ta sẽ dùng công thức P = I² * R để tính công suất:
P = (2,5 A)² * 80 Ω
P = 6,25 * 80 W
P = 500 W

Đổi công suất sang đơn vị kW:
P = 500 W = 0,5 kW

Mỗi ngày sử dụng bếp trong 3 giờ. Vậy tổng thời gian sử dụng bếp trong 30 ngày là:
Thời gian tổng cộng = 3 giờ/ngày * 30 ngày = 90 giờ

Năng lượng điện tiêu thụ (A) được tính bằng công thức:
A = P * t

Trong đó:
A là năng lượng điện tiêu thụ (kWh)
P là công suất (kW)
t là thời gian sử dụng (giờ)

Thay số vào công thức tính năng lượng điện tiêu thụ:
A = 0,5 kW * 90 giờ
A = 45 kWh

Bây giờ, chúng ta tính tiền điện phải trả. Giá 1 kWh là 1800 đồng.
Tiền điện = A * Giá điện
Tiền điện = 45 kWh * 1800 đồng/kWh
Tiền điện = 81000 đồng

Vậy, tiền điện phải trả trong 30 ngày là 81000 đồng.

Các em thấy đó, bài tập này tuy có nhiều phần nhưng nếu chúng ta nắm vững công thức và làm từng bước một cách cẩn thận thì sẽ không có gì khó khăn cả. Chúc các em học tốt!