Giải SGK Vật Lí 10 (Kết nối tri thức) Bài 27: Hiệu suất

Giải Vật Lí 10 Bài 27: Hiệu suất

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?

Lời giải:

Theo em, có thể có 30 phần trăm động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.

Cũng tùy thuộc vào công suất của từng nhà máy.

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

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

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

Lời giải:

Khi chơi thể thao:

- Năng lượng có ích: động năng, thế năng.

- Năng lượng hao phí: nhiệt năng, năng lượng âm thanh.

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

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?

Lời giải:

Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra có được xem là năng lượng có ích và nó giúp làm ấm cơ thể, tuy nhiên nếu quá nhiều nhiệt năng sinh ra có thể làm cơ thể bị mệt mỏi rất nhanh.

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

Lời giải:

a)

- Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng có sự chuyển hóa hóa năng thành cơ năng và  nhiệt năng, năng lượng âm thanh.

- Trong quạt điện có sự chuyển hóa điện năng thành cơ năng và nhiệt năng, năng lượng âm thanh.

b)

- Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng:

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành cơ năng là có ích, vì phần năng lượng này được chuyển hóa theo đúng mục đích sử dụng của chúng ta, giúp xe ô tô có thể chuyển động được.

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt năng là hao phí, vì phần năng lượng này được chuyển hóa không đúng mục đích sử dụng của chúng ta, chỉ có tác dụng làm nóng động cơ ô tô chứ không giúp ô tô chuyển động.

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành âm thanh khi động cơ nổ là hao phí, gây ra tiếng ồn.

- Trong quạt điện:

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành cơ năng là có ích, vì phần năng lượng này được chuyển hóa theo đúng mục đích sử dụng của chúng ta, giúp cánh quạt quay tạo ra gió.

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt năng là hao phí, vì phần năng lượng này được chuyển hóa không đúng mục đích sử dụng của chúng ta, chỉ có tác dụng làm nóng động cơ của quạt chứ không giúp cánh quạt quay tạo ra gió.

+ Phần năng lượng chuyển hóa thành âm thanh khi quạt quay là hao phí, gây ra tiếng ồn.

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.

Lời giải:

a) Acquy khi nạp điện.

- Điện năng => hoá năng là biến đổi năng lượng có ích.

- Điện năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng hao phí.

b) Acquy khi phóng điện.

- Hoá năng => điện năng là biến đổi năng lượng có ích.

- Điện năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng hao phí.

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

- Thế năng và động năng biến đổi lẫn nhau là biến đổi năng lượng có ích.

- Cơ năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng hao phí.

d) Bếp từ khi đang hoạt động.

- Điện năng => nhiệt năng là biến đổi năng lượng có ích.

- Điện năng => năng lượng âm thanh là biến đổi năng lượng hao phí.

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).

Lời giải:

Năng lượng ở động cơ đốt trong dùng trong ô tô được phân bố như sau:

- 5% năng lượng tạo ra bức xạ nhiệt ra ngoài.

- 25% năng lượng tạo ra truyền cho hệ thống làm mát.

- 24% năng lượng truyền ra ngoài theo khí thải.

- 41% nhiệt sinh công được truyền đến các bánh xe.

- Lượng % còn lại chuyển thành các dạng năng lượng khác.

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

Lời giải:

Dù hiệu suất của nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không bằng $\frac{1}{3}$ hiệu suất của nhà máy nhiệt điện, nhưng người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời. Vì

- Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, sạch, an toàn.

- Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không thải ra khí độc, không gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính.

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.

Lời giải:

Đổi 54 km/h = 15 m/s; 45 kW = 45000 W

Gọi s là quãng đường đi được khi động cơ tiêu thụ hết 60 lít xăng.

- Khối lượng 60 lít xăng: m = D.V = 700.60.10^-3 = 42 kg

- Công thực hiện của động cơ: 

- Nhiệt lượng do 60 lít xăng khi bị đốt cháy hoàn toàn tỏa ra là: Q = q.m

Ta có: H = $\frac{A}{Q}$ => A = H.Q

⇔  = $\frac{0,{\mathrm{25.46.10}}^6\mathrm{.42.15}}{45000}$ = 161000m = 161km

Vậy khi tiêu thụ hết 60 lít xăng, ô tô có thể đi được quãng đường là 161 km.

Em có thể 1 trang 108 Vật Lí 10: Vận dụng khái niệm hiệu suất để tính được phần năng lượng có ích và phần năng lượng hao phí trong quá trình hoạt động của các thiết bị phổ biến trong đời sống và kĩ thuật.

Lời giải:

Ví dụ với bóng đèn sợi đốt: 95J chuyển hóa thành nhiệt (năng lượng hao phí) và 5J chuyển hóa thành năng lượng ánh sáng (năng lượng có ích).

Hiệu suất: H = $\frac{5}{100}$.100% = 5%

Ví dụ với bóng đèn LED: 20J chuyển hóa thành nhiệt (năng lượng hao phí) và 80J chuyển hóa thành năng lượng ánh sáng (năng lượng có ích).

Hiệu suất: H = $\frac{80}{100}$.100% = 80%

Em có thể 2 trang 108 Vật Lí 10: Tìm phương án giảm năng lượng hao phí khi sử dụng các thiết bị điện trong gia đình hoặc động cơ ô tô, xe máy.

Lời giải:

- Chuyển từ bóng đèn sợi đốt, bóng đèn compact sang dùng bóng đèn LED.

- Sử dụng xe máy điện thay thế cho xe máy chạy bằng xăng.

- Sử dụng ô tô chạy bằng điện thay thế cho ô tô chạy bằng xăng, dầu.

- Sử dụng bếp từ thay thế cho bếp ga.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật Lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

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

Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm