Định luật Jun – Lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành nhiệt

Trả lời nhanh

Định luật Jun – Lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành nhiệt năng khi dòng điện chạy qua một vật dẫn có điện trở. Nhiệt lượng tỏa ra tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua: Q = I²Rt.

Nội dung định luật

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua. Công thức:

Q = I²Rt

Q là nhiệt lượng tỏa ra, đơn vị jun (J).
I là cường độ dòng điện, đơn vị ampe (A).
R là điện trở, đơn vị ôm (Ω).
t là thời gian, đơn vị giây (s).

Nếu nhiệt lượng tính theo calo thì dùng hệ số 0,24: Q = 0,24 I²Rt (calo), vì 1 J ≈ 0,24 cal.

Vì sao dòng điện làm dây dẫn nóng lên?

Trong vật dẫn, các electron tự do chuyển động có hướng nhưng liên tục va chạm với các ion của mạng tinh thể kim loại. Mỗi lần va chạm, electron truyền một phần năng lượng cho các ion, làm chúng dao động mạnh hơn. Dao động nhiệt mạnh lên nghĩa là vật nóng lên. Điện trở càng lớn, va chạm càng nhiều, nhiệt tỏa ra càng nhiều.

Vận dụng trong đời sống

Có lợi: bàn là, bếp điện, ấm đun nước, nồi cơm điện, bóng đèn sợi đốt đều dùng dây dẫn có điện trở suất lớn để biến điện năng thành nhiệt.
Có hại: dây dẫn trong nhà nóng lên làm hao phí điện năng, thậm chí gây cháy nổ nếu quá tải. Vì vậy dây tải điện phải có điện trở nhỏ và cầu chì được dùng để ngắt mạch.

Vì sao dây tóc bóng đèn nóng đỏ còn dây nối thì không?

Dây tóc và dây nối mắc nối tiếp nên có cùng cường độ dòng điện I và cùng thời gian t. Theo Q = I²Rt, nhiệt lượng chỉ phụ thuộc vào R. Dây tóc có điện trở rất lớn nên tỏa nhiệt mạnh, còn dây nối bằng đồng có điện trở nhỏ nên gần như không nóng.

Ví dụ có lời giải

Một bếp điện có điện trở 40 Ω, mắc vào mạch cho dòng điện 2 A chạy qua trong 5 phút. Tính nhiệt lượng tỏa ra.

Đổi thời gian: t = 5 phút = 300 s.
Nhiệt lượng: Q = I²Rt = 2² × 40 × 300 = 48 000 J = 48 kJ.

Phân biệt với các câu hỏi dễ nhầm

Thiết bị	Điện năng biến đổi chủ yếu thành
Bàn là, bếp điện	Nhiệt năng
Quạt điện, máy bơm	Cơ năng (kèm một phần nhiệt hao phí)
Bóng đèn LED	Quang năng (kèm một phần nhiệt)

Định luật Jun – Lenxơ chỉ nói về phần điện năng chuyển hóa thành nhiệt, không phải mọi biến đổi của điện năng.

Lỗi sai thường gặp

Quên bình phương cường độ dòng điện: nếu I tăng gấp đôi thì Q tăng gấp bốn.
Quên đổi phút sang giây.
Chọn đáp án cơ năng hay quang năng vì thấy thiết bị đang hoạt động; hãy bám vào nội dung: định luật gắn với nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở.

Mẹo nhớ

Nhớ cụm “Jun – nóng”: nhắc đến Jun – Lenxơ là nhắc đến nhiệt tỏa ra trên điện trở. Công thức Q = I²Rt dễ nhớ vì có ba chữ I, R, t xếp liền như “ơi, R, t”.

Luyện tập có đáp án

Nếu giữ nguyên R và t, tăng cường độ dòng điện lên 3 lần thì nhiệt lượng thay đổi thế nào? Đáp án: tăng 9 lần.
Dây dẫn có R = 10 Ω, I = 0,5 A trong 20 s thì Q bằng bao nhiêu? Đáp án: Q = 0,5² × 10 × 20 = 50 J.
Vì sao dây nối của bàn là gần như không nóng? Đáp án: điện trở dây nối rất nhỏ so với dây đốt nóng nên nhiệt tỏa ra không đáng kể.

Câu hỏi thường gặp

Định luật Jun – Lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành gì?

Điện năng biến đổi thành nhiệt năng khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở, với nhiệt lượng Q = I²Rt.

Công thức của định luật Jun – Lenxơ là gì?

Q = I²Rt, trong đó Q tính bằng jun, I bằng ampe, R bằng ôm, t bằng giây. Nếu tính bằng calo thì Q = 0,24 I²Rt.

Vì sao tăng gấp đôi cường độ dòng điện thì nhiệt lượng tăng gấp bốn?

Vì nhiệt lượng tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, nên I tăng 2 lần thì I² tăng 4 lần.