Định luật Jun - Lenxơ do hai nhà vật lý học nghiên cứu độc lập tìm ra. Việc phát hiện ra định luật này có ý nghĩa to lớn trong thực tiễn và được ứng dụng vào nhiều thiết bị và hệ thống công nghiệp, chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng. Đèn dây tóc, bàn ủi, mỏ hàn, bếp điện,... đều là những ứng dụng của nhiệt Jun. Và để hiểu biết hơn về định luật này chúng ta sẽ được tìm hiểu ngay sau đây.

Định luật Jun Lenxơ

Nguồn gốc

Tháng 12/1840,  James Prescott Joule (1818 - 1889) nhà vật lý người Đức, báo cáo rằng nhiệt có thể được tạo ra bởi dòng điện. Ông đã dùng một đoạn dây dẫn và nhấn chìm trong một lượng nước cố định và đo nhiệt độ tăng lên trong khoảng thời gian 30 phút. Sau đó ông thay đổi độ dài dây dẫn và cường độ dòng điện, ông phát hiện ra rằng lượng nhiệt tạo ra tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, và với điện trở của dây.

Năm 1942,  Heinrich Lenz (1804 - 1865) mang quốc tịch Đức- Nga- Estonia, cũng độc lập nghiên cứu ra nhiệt Joule.

Do đó định luật này mang tên 2 ông, gọi là định luật Joule-Lenz

Người ta lấy tên Ông Joule đặt cho đơn vị của năng lượng là Jun (J)

Định luật Jun Lenxơ

Nội dung định luật Jun Lenxơ

Trong đoạn mạch có dòng điện không đổi, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua điện trở đó

Biểu thức định luật Jun Lenxơ

Từ phát biểu của định luật ta có hệ thức sau:

trinh-bay-dinh-luat-jun-lenxo-lop-9

Trong đó:

+ Q: Nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn (J)

+ R: Điện trở vật dẫn

+ I: Cường độ dòng điện trong mạch (A

+ t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)

Ứng dụng

Định luật Jun Lenxơ được ứng dụng để thiết kế các thiết bị điện an toàn, phòng tránh các hiện tượng nhiệt năng quá lớn dễ gây cháy nổ. Ngoài ra, thông qua định luật người ta có thể xác định được nhiệt năng tỏa ra, qua đó lựa chọn những nguyên liệu phù hợp cho từng loại thiết bị, như dây dẫn được làm từ Nikelin hoặc Constantan để biến đổi điện năng thành nhiệt năng

Như đã nói ở trên, nhiệt Jun còn có nhiều ứng dụng thực tiễn:

+ Đèn dây tóc sáng khi sợi đốt được đun nóng bằng nhiệt Jun

+ Cầu chì được sử dụng như một khóa an toàn ngắt các mạch quá tải

+ Nhiệt Jun còn được ứng dụng để tiệt trùng nhanh trong thực phẩm, giúp thực phẩm sạch sẽ, an toàn hơn.

Bài tập áp dụng

Trắc nghiệm

Câu 1: Định luật Jun – Len-xơ cho biết điện năng biến đổi thành:

A. Hóa năng

B. Năng lượng ánh sáng

C. Động năng

D. Nhiệt năng

Câu 2: Đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu của một biến trở R thì cường độ dòng điện chạy qua là I. Công thức nào dưới đây không phải là công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t?

A. trinh-bay-dinh-luat-jun-lenxo-lop-9

B. Q = U.I.t

C. trinh-bay-dinh-luat-jun-lenxo-lop-9

D. Q = I2.R.t

Câu 3: Câu phát biểu nào dưới đây là không đúng?

Khi có dòng điện chạy qua thì nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn:

A. Tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua.

B. Tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.

C. Tỉ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với điện trở dây dẫn.

D. Tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.

Câu 4: Khi mắc các dây dẫn vào hiệu điện thế không đổi. Trong cùng một thời gian thì nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn sẽ phụ thuộc thế nào vào điện trở của dây dẫn?

A. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.

B. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp đôi.

C. Tăng gấp bốn khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa.

D. Giảm đi một nửa khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp bốn.

Câu 5: Ấm điện gia đình trong 10 phút đun sôi được 1,5 lít nước. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220V. Tính điện trở của dây nung này, biết nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước thì cần nhiệt lượng là 420000J.

A. 28 Ω

B. 45 Ω

C. 46,1 Ω

D. 23 Ω

Câu 6: Cho dòng điện cường độ là 2mA chạy qua điện trở 3kΩ trong10 phút nhiệt lượng toả ra điện trở giá trị nào dưới đây? kết quả nào dưới đây chính xác.

A. Q = 7,2J

B. Q = 60J

C. Q = 120J

D. Q = 3600J

Câu 7: Khi mắc 1 bàn là vào hiệu điện thế 110V dòng điện chạy qua cường độ 5A. Bàn là dùng 15 phút mỗi ngày. Tính nhiệt lượng bàn là tỏa ra trong vòng 30 ngày (đơn vị kJ), biết rằng điện năng bàn là tiêu thụ biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng.

A. 14850 kJ

B. 1375 kJ

C. 1225 kJ

D. 1550 kJ

Tự luận

Câu 1: Trong mùa đông, lò sưởi điện có ghi 220V – 880W dùng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ/ngày. Hãy tính tiền điện người dùng phải trả khi dùng lò sưởi trong thời gian là 30 ngày. Cho rằng giá tiền điện là 1000 đồng/kW.h.

Bài giải

Theo đề ta có điện trở của dây nung là: P = U^2/R => R = U^2 / P =220^2 / 880 = 55

Ta có cường độ dòng điện chạy qua: P = U x I => I = P/U = 880 / 220 = 4A

Nhiệt lượng tỏa ra của lò sưởi:

Q = U x I x t = 220 x 4 x 4 x 3600 = 12672000 J = 3,52 kW.h

Vậy tiền điện phải trả là: T = 3,52.30.1000 = 105600 đồng

Câu 2: Người ta dùng hai dây điện trở khác nhau để đun sôi cùng một lượng nước. Khi dùng điện trở R1, sau thời gian t1 phút nước sôi, dùng điện trở R2 sau thời gian t2 phút nước sôi. Xác định thời gian cần thiết đun sôi nước khi hai điện trở mắc nối tiếp với nhau.

Bài giải
Gọi hiệu điện thế hai đầu nguồn điện là U, nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước là QKhi sử dụng điện trở R1: Q = (U^2 x t1) / R1      => R1 = (U^2 x t1) / Q          (1)Khi sử dụng điện trở R2: Q = (U^2 x t2) / R2      => R2 = (U^2 x t2) / Q          (2)Khi R1 mắc nối tiếp R2: trinh-bay-dinh-luat-jun-lenxo-lop-9 (3)Từ (1) và (2) thay vào (3) ta có:trinh-bay-dinh-luat-jun-lenxo-lop-9

Vậy: thời gian cần thiết để đun sôi nước khi hai điện trở mắc nối tiếp nhau là t3 = t1 + t2

Tìm hiểu:

✓ Công thức tính công suất.

✓ Công thức tính điện năng tiêu thụ.

Định luật Jun Lenxơ có ảnh hưởng rất lớn trong cuộc sống chúng ta hiện nay, nhờ sự phát minh vĩ đại này chúng ta đã được ứng dụng việc chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng hay cơ năng trong hầu hết các sản phẩm gia dụng và trong công nghiệp góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Bài viết gồm có nội dung định luật và một số bài tập giúp các em vận dụng thành thạo những công thức đã học. Chúc các em học tốt.