Trên một bóng đèn tóc đỏ có ghi 220V – 100W

Giải SBT Vật Lí 9 Bài 14:

Bài 14.4 trang 40 SBT Vật Lí 9:

a) So sánh điện trở hai bóng đèn khi chúng sáng bình thường.

b) Mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ. Cho rằng điện trở của các bóng đèn có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

c) Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà đèn này sử dụng trong 1 giờ.

Tóm tắt:

U_đm1 = 220V; P_đm1 = 100W = 0,1kW;

U_đm2 = 220V; P_đm2 = 40W = 0,04kW;

a) R₁ = ?; R₂ = ?

b) Nối tiếp hai đèn; U = 220V;

t = 1h = 3600s; đèn nào sáng hơn? A = ?

c) Mắc song song hai đèn: U = 220V;

t = 1h; đèn nào sáng hơn? A = ?

Lời giải:

a) Điện trở của đèn thứ nhất là:

R₁ = U_đm1² : P_đm1 = 220² : 100 = 484Ω

Điện trở của đèn thứ hai là:

R₂ = U_đm2² : P_đm2 = 220² : 40 = 1210Ω

Lập tỉ lệ: R₂ : R₁ = 1210 : 484 = 2,5

⇒ R₂ = 2,5R₁.

Vậy đèn 1 có điện trở nhỏ hơn đèn 2 là 2,5 lần.

Cường độ dòng điện định mức của đèn 1 là:

I_đm1 = P_đm : U_1đm = 100 : 220 ≈ 0,45A

+ Cường độ dòng điện định mức của đèn 2 là:

I_đm2 = P_đm2 : U_đm2 = 40 : 220 ≈ 0,18A

Khi ghép nối tiếp cường độ dòng điện trong đoạn mạch là:

$I=\frac{U}{R_{12}}=\frac{U}{R+_1{R}_2}=\frac{220}{484+1210}=0,13A$

Vì đèn 1 và đèn 2 mắc nối tiếp nên:

I₁ = I₂ = I = 0,13A.

Qua kết quả tính toán ta so sánh và biết được cả hai đèn thì dòng điện qua chưa đến giá trị định mức vì vậy cả hai đèn đều sáng mờ.

Nhưng đèn 2 sẽ sáng hơn đèn 1 (vì I gần với I_đm2 hơn I_đm1)

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch trong 1 giờ là:

A = U.I.t = 220 . 0,13 . 3600

   = 102960 J = 0,0286kW.h

Điện năng mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ là:

A = (P₁ + P₂)t = (100 + 40).3600

    = 504000J = 0,14kW.h.

Ta có: $R_{12}=\frac{R_1.R_2}{R_1+R_2}=345,7\Omega$

Cường độ dòng điện trong đoạn mạch là:

I = U : R₁₂ = 220 : 345,7 = 0,63A.

Vì đèn 1 song song với đèn 2 nên

I = I₁ + I₂ = 0,63A

Ta thấy I_đm1 + I_đm2  = 0,45 + 0,18 = 0,63A

Nên lúc này hai đèn sáng bình thường và đèn 1 sáng hơn đèn 2 vì đèn 1 có công suất định mức lớn hơn đèn 2.