Khởi động trang 106 Vật Lí 10: Theo em thì có thể có bao nhiêu phần trăm động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu sách báo, internet

Trả lời:

Có khoảng 60% đến 70 % động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

Câu hỏi 1 trang 106 Vật Lí 10: Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng và trong trong quạt điện:

a) Có những sự chuyển hóa năng lượng nào?

b) Trong số những dạng năng lượng tạo thành, dạng năng lượng nào là có ích, dạng năng lượng nào là hao phí?

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Trả lời:

a)

- Ô tô chạy bằng xăng: nhiệt năng thành động năng, điện năng thành động năng, điện năng thành nhiệt năng.

- Quạt điện: điện năng thành động năng, điện năng thành nhiệt năng

b) Trong những số dạng năng lượng được tạo thành thì động năng là năng lượng có ích, nhiệt năng là năng lượng hao phí.

Câu hỏi 2 trang 106 Vật Lí 10: Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí trong các trường hợp dưới đây:

a) Acquy khi nạp điện.

b) Acquy khi phóng điện.

c) Sử dụng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao.

d) Bếp từ khi đang hoạt động.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Trả lời:

a) Acquy khi nạp điện có sự chuyển hóa từ điện năng sang hóa năng, điện năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: hóa năng

+ Năng lượng hao phí: nhiệt năng

b) Acquy khi phóng điện có sự chuyển hóa từ hóa năng sang điện năng, hóa năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: điện năng

+ Năng lượng hao phí: nhiệt năng

c) Sử dụng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao có sự chuyển hóa năng lượng từ động năng sang thế năng, cơ năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: thế năng

+ Năng lượng hao phí: nhiệt năng

d) Bếp từ khi đang hoạt động có sự chuyển hóa từ điện năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: nhiệt năng

+ Năng lượng hao phí: không có

Hoạt động trang 106 Vật Lí 10: Hãy thảo luận về các vấn đề sau:

1. Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí khi chơi thể thao.

2. Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra có được xem là năng lượng có ích không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Trả lời:

1.  Khi chơi thể thao thì đã có sự chuyển hóa năng lượng: hóa năng sang động năng, động năng sang nhiệt năng, động năng sang thế năng, thế năng sang động năng, hóa năng sang nhiệt năng

+ Năng lượng có ích: động năng, thế năng, hóa năng

+ Năng lượng hao phí: nhiệt năng.

2. Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra không được xem là năng lượng có ích. Bên trong cơ thể vốn dĩ đã có hóa năng, khi vận động thì một phần hóa năng chuyển hóa thành nhiệt năng và nhiệt năng này tỏa ra cơ thể, và đây được coi là năng lượng hao phí.

Giải vật lí 10 trang 108 Tập 1 Kết nối tri thức

II. Hiệu suất

Câu hỏi 1 trang 108 Vật Lí 10: Phân tích sự tiêu hao năng lượng ở động cơ đốt trong dùng trong ô tô (Hình 27.3).

Phương pháp giải:

Quãng đường vật đi được: s = v.t

Biểu thức tính công thực hiện của vật: A = P.t

Biểu thức tính hiệu suất: $H=\frac{A}{Q}.100\mathrm{\%}$

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Trả lời:

Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu bị đốt cháy, có 5% năng lượng bị tiêu hao ra bên ngaoif do bức xạ nhiệt, 24% của 35% (tức 8,4%) năng lượng ra bên ngoài theo khí thải.

Câu hỏi 2 trang 108 Vật Lí 10: Hiệu suất của nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không bằng 1/3 hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Tại sao người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời.

Phương pháp giải:

Quãng đường vật đi được: s = v.t

Biểu thức tính công thực hiện của vật: A = P.t

Biểu thức tính hiệu suất: $H=\frac{A}{Q}.100\mathrm{\%}$

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Trả lời:

Năng lượng mặt trời là năng lượng vô hạn, sạch trong khi đó năng lượng lượng để sản xuất cung cấp cho nhà máy nhiệt điện là năng lượng hữu hạn, tương lai sẽ bị cạn kiệt dần nên người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời.

Câu hỏi 3 trang 108 Vật Lí 10: Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3 .

Phương pháp giải:

Quãng đường vật đi được: s = v.t

Biểu thức tính công thực hiện của vật: A = P.t

Biểu thức tính hiệu suất: $H=\frac{A}{Q}.100\mathrm{\%}$

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Trả lời:

Đổi 54 km/h = 15 m/s

Ta có:

v = 15 m/s; V = 60 lít = 60.10-3 m3 ; P = 45 kW = 45.103 W; H = 25%; Q = 46.106 J/kg; ρ = 700 kg/m3

Khối lượng xăng cần đốt cháy là: m = ρ.V = 700.60.10-3 = 42 kg

Ta có 1 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg

=> 42 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng là: Q’ = 46.42.106 = 1932.106 J/kg.

Công cần thực hiện là: A = H.Q’ = 25%.1932.106 = 4,83.108 J

Thời gian cần thực công là: $t=\frac{A}{P}=\frac{4,{83.10}^8}{{45.10}^3}=\frac{32200}{3}(s)$

Quãng đường vật đi được là: $s=v.t=15.\frac{32200}{3}=161000(m)=161(km)$

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 28: Động lượng

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm

Lý thuyết Hiệu suất

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

- Khi năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác, từ vật này sang vật khác thì luôn có một phần bị hao phí.

Máy đánh trứng chuyển điện năng sang động năng của phới (năng lượng có ích) và năng lượng âm thanh, năng lượng nhiệt (năng lượng hao phí)

Máy sấy tóc biến đổi điện năng sang nhiệt năng (năng lượng có ích) và

năng lượng âm thanh (năng lượng hao phí)

Trong các động cơ nhiệt thông thường, có khoảng 60%-70% năng lượng bị hao phí, trong các động cơ điện, năng lượng hao phí thấp hơn, khoảng 10%.

Trong pin Mặt trời thì ngược lại, chỉ có khoảng 10% năng lượng của ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành điện năng, còn lại là năng lượng hao phí

II. Hiệu suất

Để đánh giá tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, người ta dùng khái niệm hiệu suất.

$\text{H = }\frac{{\text{W}}_{\mathrm{ci}}}{{\text{W}}_{\mathrm{tp}}}.100\%$

Hoặc $\mathrm{H}\text{ = }\frac{{\text{P}}_{\mathrm{ci}}}{{\text{P}}_{\mathrm{tp}}}.100\%$; với ${\text{P}}_{\mathrm{ci}}$ là công suất có ích, ${\text{P}}_{\mathrm{tp}}$ là công suất toàn phần.

- Hiệu suất của động cơ nhiệt được viết dưới dạng

$\text{H = }\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{Q}}.100\%$

Trong đó A là công cơ học mà động cơ thực hiện được, Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy.

- Hiệu suất của một số thiết bị điện: Máy phát điện, tuabin nước, máy hơi nước, … được cho trong bảng tham khảo dưới đây.