Lớp 10 Vật lý 10 - Kết nối tri thức

Lý thuyết Vật lý 10 bài 27 KNTT

Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 27: Hiệu suất được Khoahoc sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

1. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

- Chúng ta đã biết 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.

- Trong các động cơ nhiệt thông thường có khoảng từ 60% đến 70% năng lượng bị hao phí, trong các động cơ điện năng lượng hao phí thấp hơn, chỉ vào khoảng 10%, nhưng trong các pin mặt trời thì ngược lại, chỉ có khoảng 10% năng lượng của ánh sáng mặt trời được chuyển hoá thành điện năng, còn lại là năng lượng hao phí.

Luôn tồn tại năng lượng hao phí trong các quá trình chuyển hóa năng lượng.

Ví dụ: Nêu tình huống cho thấy luôn có năng lượng hao phí xuất hiện trong quá trình sử dụng năng lượng. Xác định nguyên nhân gây ra sự hao phí đó?

Hướng dẫn giải

Nhà em thường dùng bếp gas để nấu đồ ăn cho gia đình. Nhưng khi đun bếp, em thấy rất nóng, đun thức ăn cũng thấy lâu chín. Như vậy, trong quá trình sử dụng năng lượng nhiệt từ gas để nấu chín thức ăn thì năng lượng nhiệt còn bị thất thoát ra môi trường làm nóng môi trường bên ngoài và làm nóng xoong/ nồi đựng thức ăn. Đó chính là năng lượng hao phí.

Ví dụ: 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.

Giải thích

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

2. Hiệu suất

  • Hiệu suất của động cơ H là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ, đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ

H = \frac{{{\wp _i}}}{{{\wp _{tp}}}}.100\%

Với  {{\wp _i}} là công suất có ích, {\wp _t} là công suất toàn phần.

  • Khi đó \Delta {{\wp}} ={{\wp }} -{{\wp _i}} được gọi là công suất hao phí của động cơ.
  • Ngoài ra hiệu suất của động cơ còn được tính theo công thức 

H = \frac{{A'}}{A}.100\%

Trong đó, A' và A lần lượt là công có ích và công toàn phần của động cơ.

Chú ý: Hiệu suất của động cơ luôn nhỏ hơn 1, vì không có một máy móc nào hoạt động mà không có sự mất mát năng lượng do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng hao phí khác.

Hiệu suất của một số thiết bị điện

Ví dụ: Một em bé nặng 20 kg chơi cầu trượt từ trạng thái đứng yên ở đỉnh cầu trượt dài 4 m, nghiêng góc 40° so với phương nằm ngang (như hình vẽ). Khi đến chân cầu trượt, tốc độ của em bé này là 3,2 m/s. Lấy gia tốc trọng trường là 10 m/s.

a) Tính độ lớn lực ma sát tác dụng vào em bé này.

b) Tính hiệu suất của quá trình chuyển thế năng thành động năng của em bé này.

Hướng dẫn giải

a) Độ lớn lực ma sát

Độ cao của đỉnh cầu trượt so với mặt đất: h = l.sin\alpha = 4.sin 40° = 2,57 m

Do có ma sát nên khi trượt, một phần thể năng của em bé được chuyển hoá thành động năng, một phần thắng công cản A của lực ma sát:

m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} = A

Độ lớn công cản của lực ma sát: m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} \approx 411,6J

Từ biểu thức tính công: A = F.s.cos\alpha

Ta có độ lớn lực ma sát: F = A/l = 102,9 N.

b) Hiệu suất

Năng lượng toàn phần bằng thể năng của em bé ở đỉnh cầu trượt: Wtp = m.g.h= 514 J.

Năng lượng hao phí bằng độ lớn công của lực ma sát nên năng lượng có ích là:

{{\rm{W}}_t} = {{\rm{W}}_{tp}} - A = 102,4J

Hiệu suất của quá trình biến đổi thế năng thành động năng:

H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\%  = \frac{{102,4}}{{514}}.100\%  \approx 20\%

Ví dụ: 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 .

Hướng dẫn giải

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)

  • 51 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Vật Lí 10 KNTT