Công suất điện là gì? Công thức tính công suất điện (chi tiết nhất)

Bài viết Công suất điện là gì? Công thức tính công suất điện với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Công suất điện là gì? Công thức tính công suất điện.

Công suất điện là gì? Công thức tính công suất điện (chi tiết nhất)

1. Công suất điện là gì?

- Công suất điện của một đoạn mạch là điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ được trong một đơn vị thời gian.

- Công suất điện tiêu thụ có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trên một đơn vị thời gian. Ngoài ra, công suất tiêu thụ điện còn được tính bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

- Công suất điện được ký hiệu là P, và có đơn vị đo là W.

- Ngoài đơn vị đo W, công suất điện còn được đo bằng đơn vị kW và kVA. Cả hai đều là đơn vị để chỉ công suất, tuy nhiên trong nhiều trường hợp chúng sẽ không giống nhau.

kW (ki lô oắt): Là đơn vị tính công suất tác dụng của máy. Công suất này cho biết sự thay đổi của năng lượng trong một thời gian nhất định và được biểu diễn dưới công thức : P = U.I

kVA (ki lô vôn ampe): Trong mạch điện một chiều hay mạch điện lý tưởng, kVA tương đương với kW.

- Nhưng đối với một mạch điện xoay chiều sẽ xuất hiện công suất phản kháng, hiểu đơn giản lúc này: kVA = kW + công suất phản kháng.

2. Quy định về dòng điện định mức như thế nào?

- Dòng điện định mức hay còn gọi là cường độ dòng điện định mức là đại lượng cường độ giúp cho hoạt động và công suất của đồ vật hoạt động với tần suất cao nhất. Đây cũng là đại lượng giới hạn cho phép của dòng điện. Nếu như cường độ dòng điện định mức của vật dụng vượt quá giá trị cho phép thì sẽ gây ra hiện tượng cháy nổ và hỏng hóc.

Đồng thời, đây cũng chính là đại lượng biểu thị giới hạn cho phép của dòng điện. Trong trường hợp cường độ dòng điện vượt quá giá trị định mức được nhà sản xuất ghi tại các nhãn, mác dán trên thiết bị điện sẽ làm cho các thiết bị hư hỏng, thậm chí gây ra cháy nổ.

- Dòng điện định mức có vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống. Bởi nó xác định được công suất của động cơ hoặc máy phát để điều khiển tải, hạn chế tối thiểu các tình trạng tải tiêu thụ bị quá so với dòng điện đã được định mức từ đó giúp máy hoạt động ổn định hơn, không gây tổn thất về hệ số công suất.

* Ưu điểm của dòng điện 3 pha:

- Dòng điện 3 pha phù hợp cho các lưới điện, hệ thống điện công nghiệp, hoặc các trang thiết bị có công suất lớn. Dòng điện 3 pha sử dụng dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn dòng điện 1 pha nên truyền được đi xa hơn. Cấu tạo của các thiết bị sử dụng điện 3 pha thường đơn giản hơn các thiết bị sử dụng điện 1 pha. Nguồn điện 3 pha có khả năng truyền đi xa hơn là do:

+ Hiệu suất dẫn điện lớn.

+ Chạy tải điện với công suất lớn.

+ Ít gây hao phí khi truyền tải điện năng, giúp tiết kiệm điện.

+ Hệ thống dây dẫn có tiết diện nhỏ, ít tốn kém.

Lưu ý

+ Khi hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn bằng 0 thì không có dòng điện chạy qua nó.

+ Giữa hai đầu các cực của nguồn điện dù khi mạch hở hay mạch kín đều có hiệu điện thế.

+ Mỗi dụng cụ điện sẽ hoạt động bình thường khi hiệu điện thế sử dụng đúng bằng hiệu điện thế định mức của nó.

+ Nếu hiệu điện thế sử dụng lớn hơn hiệu điện thế định mức thì dụng cụ điện sẽ hỏng.

+ Nếu hiệu điện thế sử dụng nhỏ hơn hiệu điện thế định mức, đối với các dụng cụ hoạt động dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện như bóng đèn có dây tóc, bàn là, bếp điện… vẫn có thể hoạt động nhưng yếu hơn bình thường; còn đối với các dụng cụ điện như: quạt điện, máy bơm nước, tủ lạnh, tivi, máy vi tính… có thể bị hư hỏng. Vì vậy người ta thường dùng một dụng cụ gọi là ổn áp có tác dụng điều chỉnh để luôn có hiệu điện đế bằng hiệu điện thế định mức.

- Nếu không tính toán đúng tiết diện dây dẫn theo dòng điện sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng hiệu quả điện năng. Trường hợp dùng dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn công suất của dòng điện sẽ dẫn đến hiện tượng quá tải, gây nóng dây. Nếu cố dùng trong thời gian dài sẽ nhanh làm dây dẫn bị giòn, nóng chảy, gây đứt dây dẫn từ đó làm chập cháy, gây cháy lan, hỏa hoạn rất nguy hiểm.

- Nếu dùng dây có tiết diện quá lớn so với dòng điện sẽ gây lãng phí chi phí đầu tư . Không chỉ lãng phí chi phí đầu tư cho dây dẫn mà cả chi phí đầu tư cho các thiết bị hỗ trợ bảo vệ như ống bọc dây điện nói chung, ống đi dây điện âm tường nói riêng cũng bị đội lên nhiều để phù hợp với tiết diện dây.

– Khi lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với dòng điện, khả năng giảm tổn hao điện năng trong quá trình truyền dẫn sẽ tốt hơn, giúp tiết kiệm điện năng trong quá trình sử dụng. Căn cứ vào việc xác định thiết bị sử dụng dùng điện 1 pha hay 3 pha và nguồn cấp điện cho công trình. Tại nước ta, nguồn điện dùng cho hộ gia đình thường là nguồn điện 1 pha 2 dây.

3. Công thức tính công suất và Cách tính công suất tiêu thụ điện

3.1 Tính công suất dòng điện

Công thức là $P=UIcos\phi \text{}=U.Icos\left(\phi u–\phi i\right).$

Trong đó:​

U: Kí hiệu điện áp hiệu dụng hai đầu mạch của điện xoay chiều (V).

P: Công suất mạch điện xoay chiều (W).

cos φ: Kí hiệu hệ số công suất đoạn mạch xoay chiều.

I: cường độ của hiệu dụng trong mạch xoay chiều (A).

Qua đây, người dùng biết điện năng tiêu thụ mạch điện xoay chiều tương tự mạch điện của dòng không đổi. Công thức để thực hiện cách tính này đó là W = P.t. Theo đó:

P (W): công suất mạch điện.

W (J): công của mạch điện (điện năng tiêu thụ).

t (s): thời gian dùng điện.

Để đo lượng điện năng tất cả thiết bị tiêu thụ thường dùng công tơ điện. Điện năng tiêu thụ lúc này được tính với đơn vị kWh. Cụ thể một số điện tương đương 1kWh = 3 600 000 (J) = (1000W x 3600 s).

3.2 Công thức tính công suất điện tiêu thụ

Công thức tính công suất cụ thể là: $P=U.I=\frac{A}{t}.$ Theo đó:

A (J): Điện năng tiêu thụ, công thực hiện (N.m hoặc J).

P (W): Công suất tiêu thụ, (Jun/giây (J/s) hoặc Watt (W)).

U (V): Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch.

T (s): Thời gian thực hiện công (s).

Theo các thông số về công suất tiêu thụ được ghi trên đồ dùng, bạn có thể tính công suất điện tiêu thụ của thiết bị đó. Qua đây, người dùng chọn được thiết bị hợp nhu cầu dùng điện của đơn vị sản xuất, gia đình để phân bổ kế hoạch phù hợp.

Tính công suất dòng điện ba pha

Với dòng điện ba pha, công thức tính điện tiêu thụ khác. Đối với các dòng máy công nghiệp lớn như máy rửa bát, máy giặt công nghiệp, máy nén khí, máy hút bụi… thường sử dụng dòng điện ba pha. Nguyên nhân là vì lượng tiêu thụ điện của máy này vô cùng lớn. Có hai cách với hai công thức bạn cần biết chính là:

- Cách 1: $P=U.I.cos\phi .$ Trong đó:

$cos\phi$ : Hệ số công suất trên từng tải.

I: Cường độ của dòng điện hiệu dụng trên mỗi tải.

- Cách 2: Thực hiện theo công thức:

$P=H.\left(U_1.I_1+U_2.I_2+U_3{I}_3\right).$ Trong đó:

U: Điện áp.

H: Thời gian tính theo giờ.

I: Dòng điện. Công thức bóng đèn tiêu thụ là

$P=U\text{.}H\text{.}I$

4. Cách tính công suất của một vài thiết bị điện tiêu thụ

Sau đây là một vài cách tính công suất cho một số thiết bị tiêu thụ thông dụng nhất của doanh nghiệp, gia đình. Người dùng có thể tham khảo thông tin sau để nắm rõ về cách tính điện năng gia đình mình.

Máy rửa xe ô tô

Công suất thông thường của máy rửa cho xe ô tô sẽ ở mức 1200W – 1800W. Riêng dòng áp lực cao dao động 2200W – 7500W. Với một tiếng liên tục dùng máy, thiết bị tiêu thụ hết 1,2 – 7,5 số điện.

Máy hút bụi loại công nghiệp

Trên thị trường hiện có các công suất là 1000W – 3000W. Như vậy, trong khoảng một tiếng thiết bị liên tục làm việc tiêu thụ hết khoảng 1 – 3 số điện (tương đương 1kWh – 3kWh).

Điều hòa

Có hai loại khác nhau đó là: 12000 BTU công suất 1500W. 9000 BTU công suất khoảng 800W – 850W. Mỗi giờ điều hòa hoạt động tiêu thụ số điện khoảng 0,8 – 1,5.

5. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua:

• Định luật Jun – Len-xơ: Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó:

$Q=R{I}^{2}t.$

• Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian:

$P=\frac{Q}{t}=I^{2}R$

6. Công suất của mạch điện xoay chiều

6.1. Công suất của mạch điện xoay chiều

- Công suất $P=UI\cos \phi$ là công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện, còn công suất $P=I^{2}R$ là công suất tỏa nhiệt khi mạch có điện trở R, một phần công suất của mạch bị hao phí dưới dạng công suất tỏa nhiệt còn phần lớn là công suất có ích, khi đó

$P=P_{coich}+P_{haophi}\leftrightarrow UI\cos \phi =P_{coich}+I^{2}R$

Mà $I=\frac{P}{U\cos \phi }\to P_{haophi}={\left(\frac{P}{U\cos \phi }\right)}^{2}R$

Từ công thức tính công suất hao phí trên cho thấy để làm giảm đi công suất hao phí thì người ta tìm cách nâng cao hệ số công suất.

$\cos \phi <0,85$

Và trong thực tế thì không sử dụng những thiết bị mà có hệ số công suất

- Hiệu suất của mạch điện (thiết bị tiêu thụ điện) là

$H=\frac{P_{coich}}{P}.100\%$

6.2. Điện năng tiêu thụ của mạch điên

Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian t là:

$\text{W}=P.t$

7. Hệ số công suất

7.1. Biểu thức của hệ số công suất

Trong công thức: $P=UI\cos \phi$ thì $P=UI\cos \phi$ được gọi là hệ số công suất.

Vì $\left|\phi \right|<{90}^o\Rightarrow 0\le \cos \phi \le 1$

7.2. Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng

Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy cho bởi:

$P=UI\cos \phi ,\cos \phi >0$

Suy ra: $I=\frac{P}{U\cos \phi }$ nên công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là:

$P_{hp}=r{I}^2=\frac{r.P^2}{U^2\cos \phi }$

Nếu hệ số công suất nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây sẽ lớn, vì vậy người ta phải tìm cách nâng cao hệ số.

7.3. Tính hệ số công suất của mạch điện RLC nối tiếp

$\cos \phi =\frac{U_R}{U}$ hay $\cos \phi =\frac{R}{Z}$

Công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều bất kì được tính bởi: $P=UI\cos \phi =I^R$

Công suất tiêu thụ trong mạch điện có R,L,C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R.

8. Bài tập công suất điện

Câu 1: Có hai điện trở $R_{1}vàR_2=2R_1$ được mắc song song vào một hiệu điện thế không đổi. Công suất điện tương ứng trên hai điện trở này có mối quan hệ nào dưới đây?

A. $P_1=P_2$

B. $P_2=2P_1$

C. $P_1=2P_2$

D. $P_1=4P_2$

Lời giải:

+ Vì hai điện trở R1 và R2 được mắc song song vào một hiệu điện thế không đổi U, nên ta có:

$U=U_1=U_2$

+ Công suất trên hai điện trở:

$\left\{\begin{array}{l}{P}_1=\frac{U_1^2}{R_1}=\frac{U_2}{R_1}\\ P_2=\frac{U_2^2}{R_2}=\frac{U_2}{R_2}\end{array}\right.$

Từ đây, ta suy ra: $\frac{P_1}{P_2}=\frac{R_2}{R_1}=2\to P_1=2P_2$

Đáp án: C

Câu 2: Trên nhiều dụng cụ điện trong gia đình thường có ghi 220V và số oát (W). Số oát này có ý nghĩa gì?

A. Công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng với những hiệu điện thế nhỏ hơn 220V

B. Công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V

C. Công mà dòng điện thực hiện trong một phút khi dụng cụ này được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V

D. Điện năng mà dụng cụ tiêu thụ trong một giờ khi nó được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V

Lời giải:

Số oát trên dụng cụ tiêu thụ điện có ý nghĩa công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng đúng với hiệu điện thế 220V

Đáp án: B

Câu 3: Trên bóng đèn có ghi (6V-3W ). Khi đèn sáng bình thường thì dòng điện chạy qua đèn có cường độ là:

A. 0,5 A

B. 2 A

C. 18 A

D. 1,5 A

Lời giải:

Ta có:

+ Số chỉ trên bóng đèn cho biết hiệu điện thế định mức và công suất định mức:

U =6V, P =3W

+ Khi đèn sáng bình thường thì dòng điện chạy qua đèn có giá trị:

$I=\frac{P}{U}=\frac{3}{6}=0,5A$

Đáp án: A

Câu 4: Ở công trường xây dựng có sử dụng một máy nâng, để nâng khối vật liệu có trọng lượng 2000N lên tới độ cao 15m trong thời gian 40 giây. Phải dùng động cơ điện có công suất nào dưới đây là thích hợp cho máy nâng này nếu tính cả công suất hao phí?

A. 120 kW.

B. 700 W.

C. 0,8 kW.

D. 300 W.

Lời giải:

Ta có:

+ Công suất có ích để nâng vật là:

$P=\frac{A}{t}=\frac{P.h}{t}=\frac{2000.15}{40}=750W$

Nếu bỏ qua công suất hao phí, để nâng được vật trên thì phải dùng động cơ điện có công suất:

P ≥ 750W

Ta suy ra, công suất thích hợp cho máy nâng từ các đáp án là:

P = 0,8kW = 800W

Đáp án: C

Câu 5: Trên hai bóng đèn có ghi 220V - 60W và 220V - 75W. Biết rằng dây tóc của hai bóng đèn này đều bằng vônfram và có tiết diện bằng nhau. Dây tóc của đèn nào có độ dài lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu lần?

A.$l_2=1,25l_1$

B.$l_1=0,5l_2$

C.$l_2=0,5l_1$

D.$l_1=1,25l_2$

Lời giải:

Ta có: $R=\rho \frac{l}{S}$ cho nên khi hai dây tóc làm cùng bằng một chất và có tiết diện bằng nhau thì dây nào có điện trở lớn hơn thì sẽ dài hơn.

Mặt khác, $P=\frac{U^2}{R}$ cho nên khi hai bóng đèn có cùng hiệu điện thế định mức thì đèn nào có công suất lớn hơn sẽ có điện trở nhỏ hơn.

Vì vậy, đèn 2 sẽ có điện trở nhỏ hơn, do đó, dây tóc của đèn 1 sẽ dài hơn dây tóc của đèn 2.

Ta có:

$\frac{R_1}{R_2}=\frac{\rho \frac{l_1}{S}}{\rho \frac{l_2}{S}}=\frac{l_1}{l_2}=\frac{\frac{U_1^2}{P_1}}{\frac{U_2^2}{P_2}}=\frac{P_2}{P_1}=\frac{75}{60}=1,25$

$\to l_1=1,25l_2$

Đáp án: D

Câu 6: Một bóng đèn 6V − 3W được mắc vào nguồn có hiệu điện thế 6V nhờ dây dẫn dài 2m, tiết diện $1m{m}^2$ và làm bằng chất có điện trở suất là $0,{5.10}^{-6}\Omega .m.$ Đèn có sáng bình thường không?

A. Đèn sáng yếu hơn bình thường

B. Đèn sáng bình thường

C. Đèn sáng mạnh hơn bình thường

D. Đèn tắt

Lời giải:

+ Từ các thông số của đèn, ta có:

$\left\{\begin{array}{l}{U}_D=6V\\ P_D=3W\end{array}\right.$

Ta có điện trở của đèn: $R_D=\frac{U_D^2}{P_D}=\frac{6^2}{3}=12\Omega$

Cường độ dòng điện định mức của đèn: $I_D=\frac{P_D}{U_D}=\frac{3}{6}=0,5A$

+ Điện trở của dây nối: $R=\rho \frac{l}{S}=0,{5.10}^{-6}\frac{2}{{10}^{-6}}=1\Omega$

+ Điện trở tương đương của mạch: $R_{td}=R_D+R=12+1=13\Omega$

+ Cường độ dòng điện trong mạch: $I=\frac{U}{R_{td}}=\frac{6}{13}=0,46A$

Nhận thấy: I < ID

đèn sáng yếu hơn bình thường

Đáp án: A

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Công là gì? Công thức tính công

• Độ tụ là gì? Công thức tính độ tụ

• Gia tốc và vận tốc là gì? Công thức tính gia tốc và vận tốc

• Năng suất là gì? Công thức tính năng suất

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

• Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc

---