Bài tập chủ đề 4 SVIP

Bài 1. Một tia sét truyền dòng điện từ đám mây xuống mặt đất với cường độ trung bình là 30 kA và kéo dài 2 ms. Tính điện lượng truyền qua không khí trong quá trình này.

Hướng dẫn giải:

Điện lượng truyền qua không khí trong quá trình này:

\(\Delta q=I\Delta t=30000.2.10^{-3}=60\) C.

Bài 2. Khi bật công tắc đèn, ta cảm thấy đèn sáng ngay lập tức. Điều này có phải vì các electron chuyển động trong mạch điện với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng 3.10⁸ m/s?

Hướng dẫn giải:

- Không, các electron không chuyển động trong mạch điện với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng.

- Vì trong dây dẫn kim loại, mọi vị trí trong dây đều phân bố các electron tự do, nên khi bật công tắc đèn, các electron đồng loạt chịu tác dụng của điện trường làm chúng chuyển động có hướng, tạo thành dòng điện. Do đó, ta cảm thấy đèn sáng ngay lập tức.

Bài 3. Bảng mạch in (Hình 1) được sử dụng để kết nối các linh kiện điện tử với nhau nhờ các đường dẫn điện bằng đồng được in sẵn trên một tấm vật liệu cách điện.

 Hình 1. Bảng mạch in

Xét một đường dẫn bằng đồng có tiết diện 5.10^-8 m², có dòng điện 3,5 mA chạy qua. Mật độ electron trong đồng là 10²⁹ m^-3. Tính tốc độ dịch chuyển của các electron trên đường dẫn này.

Hướng dẫn giải:

Tốc độ dịch chuyển của các electron trên đường dẫn:

\(v=\dfrac{I}{Sne}=\dfrac{3,5.10^{-3}}{5.10^{-8}.10^{29}.1,6.10^{-19}}=4,375.10^{-6}\) m/s

Bài 4. Hình 2 mô tả đường đặc trưng $I$ - $U$ của hai vật dẫn: sợi đốt bóng đèn và một đoạn dây thép.

Hình 2. Hai đường đặc trưng $I$ - $U$ của hai vật dẫn A và B

a. Đường đặc trưng B tương ứng với vật dẫn nào?

b. Ở hiệu điện thế nào thì hai vật dẫn có cùng điện trở? Tính giá trị điện trở này.

Hướng dẫn giải:

a. Đường đặc trưng B tương ứng với đoạn dây thép (vì có dạng đồ thị hàm bậc nhất: \(U=IR\))

Đường đặc trưng A tương ứng với sợi đốt bóng đèn.

b. Từ đồ thị ta thấy: ở hiệu điện thế 8 V thì hai vật dẫn có cùng điện trở.

Giá trị điện trở khi đó là:

\(R=\dfrac{U}{I}=\dfrac{8}{3,4}=2,35\) Ω

Bài 5. Làm một pin đơn giản bằng các dụng cụ sau: mảnh đồng, mảnh tôn, một quả chanh và các dây dẫn điện. Dùng đồng hồ đo điện đa năng để đo hiệu điện thế giữa mảnh đồng và mảnh tôn. Đề xuất biện pháp để tăng suất điện động của pin này.

Hướng dẫn giải:

Đề xuất biện pháp để tăng suất điện động của pin:

- Tăng số nguồn điện bằng cách: Mắc nối tiếp các pin (cực âm củɑ pin này nối với cực dương của pin kia) có thể tạo ra nguồn điện lớn hơn.

- Thay cặp kim loại khác có điện áp cao hơn, ví dụ như: magnesi – đồng.

Bài 6. Hình 3 mô tả đèn điện tử chân không, bao gồm bóng đèn thủy tinh đã hút chân không (áp suất trong bóng đèn còn khoảng 10^-6 mmHg). Bên trong bóng đèn có hai cực: anode là một bản kim loại, còn cathode là dây vônfram bị đốt nóng, làm bật ra các electron tự do hay còn gọi là các điện tử tự do. Nối anode và cathode với nguồn điện một chiều thì các electron chuyển động thành dòng và tạo thành dòng điện có cường độ 4,5 mA.

a. Tính điện lượng chuyển qua ampe kế trong 3 phút.

b. Tính số electron di chuyển qua anode trong 3 phút.

c. Cho biết hiệu điện thế giữa anode và cathode là 75 V. Tính năng lượng một electron thu được khi nó di chuyển từ cathode đến anode.

 Hình 3. Dòng điện trong đèn điện tử chân không

Hướng dẫn giải:

a. Điện lượng chuyển qua ampe kế trong 3 phút:

\(\Delta q=I.\Delta t=4,5.10^{-3}.3.60=0,81\) C

b. Số electron di chuyển qua anode trong 3 phút:

\(n=\dfrac{\Delta q}{e}=\dfrac{0,81}{1,6.10^{-19}}=5,0625.10^{18}\)

c. Năng lượng một electron thu được khi nó di chuyển từ cathode đến anode:

\(W=\dfrac{QU}{2}=\dfrac{1,6.10^{-19}.75}{2}=6.10^{-18}\) J

Bài 7. Các công ty điện lực sử dụng đơn vị kWh để đo năng lượng điện tiêu thụ và tính tiền điện. 1 kWh là năng lượng điện mà một thiết bị điện có công suất 1 kW tiêu thụ trong 1 giờ. Một bình nóng lạnh đang hoạt động ở hiệu điện thế 230 V với công suất 9,5 kW.

a. Tính cường độ dòng điện qua bình nóng lạnh. Giải thích tại sao nên sử dụng đường dây riêng và cầu chì/cầu dao tự động riêng cho bình nóng lạnh.

b. Giả sử mỗi ngày, một gia đình sử dụng bình nóng lạnh trong 90 phút. Nếu giá bán điện là 2500 đồng/kWh thì số tiền gia đình phải trả mỗi ngày để sử dụng bình nóng lạnh là bao nhiêu? Ước tính số tiền phải trả trong một tháng; đề xuất biện pháp tiết kiệm chi phí tiền điện phải trả do sử dụng bình nóng lạnh.

Hướng dẫn giải:

a. Cường độ dòng điện qua bình nóng lạnh:

\(I=\dfrac{P}{U}=\dfrac{9500}{230}\approx41,3\) A

Vì cường độ dòng điện chạy qua bình nóng lạnh quá lớn nên thường sử dụng đường dây riêng và cầu chì/cầu dao tự động riêng cho bình nóng lạnh.

b. Lượng điện năng tiêu thụ trong một ngày khi sử dụng bình nóng lạnh là:

\(A=P.t=9,5.\dfrac{90}{60}=14,25\) kW.h

Số tiền điện phải trả trong 1 ngày:

\(14,25.2500=35625\) đồng

Số tiền điện phải trả trong 1 tháng (30 ngày):

\(25625.30=1068750\) đồng

* Biện pháp tiết kiệm tiền điện khi sử dụng bình nóng lạnh:

- Chọn bình nóng lạnh có công suất, dung tích phù hợp với nhu cầu sử dụng.

- Không bật bình suốt 24 giờ, chỉ nên bật bình trước khi sử dụng một thời gian vừa đủ.

- Thường xuyên kiểm tra, bảo trì.

- Chọn bình nóng lạnh có thương hiệu, uy tín, chất lượng.