Hoạt động mở đầu trang 106

Đề bài: Bảng bên ghi một số nội dung trong Hoá đơn tiền điện giá trị gia tăng (GTGT) của Công ty Điện lực. Em hãy cho biết ý nghĩa của các số liệu trong bảng.

Lời giải:

Ý nghĩa các số liệu trong hoá đơn:

• Chỉ số mới (8 429) và chỉ số cũ (8 157): là số điện đo trên công tơ ở cuối kì và đầu kì.
• ĐN tiêu thụ (272 kWh): là lượng điện năng đã tiêu thụ trong tháng, bằng hiệu hai chỉ số: $8\,429 – 8\,157 = 272$ kWh.
• Đơn giá (1 549; 1 600; 1 858; 2 340 đ/kWh): là giá tiền cho 1 kWh điện ở 4 bậc khác nhau (giá điện được tính luỹ tiến, dùng càng nhiều thì đơn giá càng cao).
• Thành tiền (511 730 đ): là tổng tiền điện chưa tính thuế.
• Thuế GTGT 10% (51 173 đ): là khoản thuế giá trị gia tăng phải nộp cho Nhà nước.
• Tổng tiền thanh toán (562 903 đ): là số tiền khách hàng phải trả = tiền điện + thuế GTGT.

I. Năng lượng điện

Câu hỏi trang 107

Đề bài:

1. Năng lượng điện tiêu thụ trong dụng cụ, thiết bị dùng điện ở Hình 25.1 chủ yếu được chuyển hoá thành dạng năng lượng nào?
2. Hãy chứng minh rằng, nếu đoạn mạch chỉ có điện trở R (đoạn mạch thuần điện trở) thì nhiệt lượng đoạn mạch toả ra khi có dòng điện chạy qua được tính bằng công thức:

$$Q = I^2 R t = \dfrac{U^2}{R} t$$

Lời giải:

1. Các thiết bị ở Hình 25.1 chuyển hoá năng lượng điện chủ yếu thành:

• Xe đạp điện: chủ yếu thành cơ năng (động cơ quay làm xe chuyển động), một phần thành nhiệt năng.
• Ấm đun nước: chủ yếu thành nhiệt năng (làm nước nóng lên).
• Bóng đèn sợi đốt: chủ yếu thành nhiệt năng, một phần nhỏ thành quang năng (ánh sáng).
• Bóng đèn LED: chủ yếu thành quang năng, một phần nhỏ thành nhiệt năng.

2. Chứng minh công thức $Q = I^2 R t = \dfrac{U^2}{R} t$:

Với đoạn mạch thuần điện trở R, toàn bộ năng lượng điện tiêu thụ được chuyển hết thành nhiệt năng. Do đó:

$$Q = A = UIt$$

Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch: $U = IR$, thay vào trên:

$$Q = (IR) \cdot I \cdot t = I^2 R t$$

Ngược lại, nếu thay $I = \dfrac{U}{R}$:

$$Q = U \cdot \dfrac{U}{R} \cdot t = \dfrac{U^2}{R} t$$

→ Vậy: $Q = I^2 R t = \dfrac{U^2}{R} t$ (đpcm).

Câu hỏi trang 107

Đề bài: Hãy chứng minh rằng 1 kW.h = 3,6.10³ kJ.

Lời giải:

Đổi 1 kW.h sang đơn vị jun:

• 1 kW = 1 000 W
• 1 h = 3 600 s

Vậy:

$$1 ; \text{kW.h} = 1\,000 ; \text{W} \times 3\,600 ; \text{s} = 3\,600\,000 ; \text{J} = 3{,}6 \cdot 10^6 ; \text{J}$$

Đổi sang kJ (1 kJ = 1 000 J):

$$1 ; \text{kW.h} = \dfrac{3{,}6 \cdot 10^6}{1\,000} ; \text{kJ} = 3{,}6 \cdot 10^3 ; \text{kJ} ; \text{(đpcm)}$$

II. Công suất điện

Hoạt động trang 108

Đề bài:

1. Trên hoá đơn GTGT (tiền điện) ở đầu bài học, tiền điện được tính luỹ tiến (càng dùng điện nhiều thì đơn giá của 1 kW.h điện càng tăng). Theo em, cách tính này nhằm những mục đích gì? Tại sao?
2. Cho các thông tin về bóng đèn sợi đốt và bóng đèn LED có cùng cường độ sáng như sau:

Giả sử trung bình mỗi bóng đèn sử dụng 5 h/ngày, em hãy tính tiền điện phải trả cho từng bóng đèn mỗi tháng và trong 30 000 h, từ đó lập luận để so sánh về hiệu quả kinh tế khi sử dụng hai loại bóng đèn trên.

Lời giải:

Câu 1. Mục đích của cách tính giá điện luỹ tiến:

• Khuyến khích người dân tiết kiệm điện: dùng càng nhiều thì giá càng cao, nên người dân có xu hướng dùng vừa đủ.
• Đảm bảo công bằng xã hội: người dùng ít điện (thường là hộ thu nhập thấp) được trả với giá thấp; người dùng nhiều phải trả giá cao hơn.
• Bảo vệ tài nguyên và môi trường: giảm áp lực sản xuất điện, hạn chế khai thác tài nguyên và phát thải khí nhà kính.

Câu 2. So sánh hiệu quả kinh tế hai loại đèn:

Bước 1. Thời gian dùng mỗi tháng: $5 ; \text{h/ngày} \times 30 ; \text{ngày} = 150 ; \text{h/tháng}$.

• Tiền điện mỗi tháng:

Đèn sợi đốt (100 W = 0,1 kW):

$$A = 0{,}1 \times 150 = 15 ; \text{kW.h} ; \Rightarrow ; T_1 = 15 \times 2\,000 = 30\,000 ; \text{đồng/tháng}$$

Đèn LED (20 W = 0,02 kW):

$$A = 0{,}02 \times 150 = 3 ; \text{kW.h} ; \Rightarrow ; T_2 = 3 \times 2\,000 = 6\,000 ; \text{đồng/tháng}$$

• Tổng chi phí trong 30 000 h:

Đèn sợi đốt: tuổi thọ 1 000 h, nên cần $\dfrac{30\,000}{1\,000} = 30$ bóng.

• Tiền mua bóng: $30 \times 8\,000 = 240\,000$ đồng.
• Điện năng tiêu thụ: $0{,}1 \times 30\,000 = 3\,000$ kW.h → tiền điện: $3\,000 \times 2\,000 = 6\,000\,000$ đồng.
• Tổng: $240\,000 + 6\,000\,000 = 6\,240\,000$ đồng.

Đèn LED: tuổi thọ 30 000 h, nên chỉ cần 1 bóng.

• Tiền mua bóng: $1 \times 48\,000 = 48\,000$ đồng.
• Điện năng tiêu thụ: $0{,}02 \times 30\,000 = 600$ kW.h → tiền điện: $600 \times 2\,000 = 1\,200\,000$ đồng.
• Tổng: $48\,000 + 1\,200\,000 = 1\,248\,000$ đồng.

Kết luận: Sử dụng đèn LED tiết kiệm hơn đèn sợi đốt khoảng $6\,240\,000 – 1\,248\,000 \approx 5$ triệu đồng cho cùng thời gian chiếu sáng 30 000 h. → Dùng đèn LED hiệu quả kinh tế hơn nhiều so với đèn sợi đốt.

III. Bài tập

Bài tập trang 109

Bài 1

Đề bài: Trên nhãn của bóng đèn 1 có ghi 220 V – 20 W và bóng đèn 2 có ghi 220 V – 10 W. Coi điện trở của mỗi bóng đèn không đổi.

a) Tính năng lượng điện tiêu thụ của mỗi bóng đèn khi sử dụng ở hiệu điện thế 220 V trong thời gian 2 giờ.

b) Tính tổng công suất điện tiêu thụ của cả hai bóng đèn trong những trường hợp sau:

• Mắc song song hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V.
• Mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V.

c) Dùng cách mắc nào nêu trên để cả hai bóng đèn đều sáng bình thường? Tại sao?

Lời giải:

a) Năng lượng điện tiêu thụ của mỗi bóng đèn:

Khi sử dụng ở $U = 220$ V (bằng hiệu điện thế định mức), mỗi đèn hoạt động với công suất định mức. Thời gian $t = 2$ h $= 7\,200$ s.

Đèn 1:

$$A_1 = \mathscr{P}_1 \cdot t = 20 \times 7\,200 = 144\,000 ; \text{J} = 144 ; \text{kJ}$$

Đèn 2:

$$A_2 = \mathscr{P}_2 \cdot t = 10 \times 7\,200 = 72\,000 ; \text{J} = 72 ; \text{kJ}$$

b) Tổng công suất điện tiêu thụ:

Trước hết tính điện trở của mỗi đèn từ thông số định mức ($R = \dfrac{U_{đm}^2}{\mathscr{P}_{đm}}$):

$$R_1 = \dfrac{220^2}{20} = 2\,420 ; \Omega \quad ; \quad R_2 = \dfrac{220^2}{10} = 4\,840 ; \Omega$$

• Trường hợp mắc song song vào U = 220 V:

Mỗi đèn được đặt vào đúng hiệu điện thế định mức 220 V → mỗi đèn hoạt động ở đúng công suất định mức:

$$\mathscr{P} = \mathscr{P}_1 + \mathscr{P}_2 = 20 + 10 = 30 ; \text{W}$$

• Trường hợp mắc nối tiếp vào U = 220 V:

Điện trở tương đương: $R = R_1 + R_2 = 2\,420 + 4\,840 = 7\,260 ; \Omega$.

Tổng công suất tiêu thụ:

$$\mathscr{P} = \dfrac{U^2}{R} = \dfrac{220^2}{7\,260} \approx 6{,}67 ; \text{W}$$

c) Cách mắc để hai đèn sáng bình thường:

Đèn sáng bình thường khi hiệu điện thế đặt vào đèn bằng hiệu điện thế định mức (220 V).

→ Phải dùng cách mắc song song, vì khi đó cả hai đèn đều được đặt vào U = 220 V đúng bằng định mức, nên đều sáng bình thường.

Nếu mắc nối tiếp, hiệu điện thế 220 V bị chia cho hai đèn nên không đèn nào được U định mức → cả hai đều sáng yếu hơn bình thường.

Bài 2

Đề bài: Thông thường, ở nước ta hiệu điện thế mạng điện trong các gia đình, trường học,… là 220 V. Em hãy tìm hiểu về hiệu điện thế định mức, công suất định mức của mỗi thiết bị điện, cách mắc các thiết bị điện dùng trong lớp học của em và thời gian sử dụng trung bình của từng thiết bị mỗi tháng để làm các việc sau:

a) Vẽ lại sơ đồ mạch điện.

b) Áp dụng giá điện trong Hoá đơn GTGT (tiền điện) ở đầu của bài học để dự tính tiền điện trung bình phải trả mỗi tháng cho lớp học.

c) Hãy đề xuất phương án sử dụng tiết kiệm điện cho gia đình, lớp học.

Lời giải (gợi ý):

Đây là dạng bài thực tế, em tự khảo sát lớp học của mình rồi áp dụng. Dưới đây là ví dụ tham khảo.

a) Sơ đồ mạch điện lớp học:

Các thiết bị trong lớp học (đèn, quạt, máy chiếu,…) đều được mắc song song với nhau vào nguồn điện 220 V, vì khi đó mỗi thiết bị đều được đặt vào đúng hiệu điện thế định mức 220 V và có thể bật/tắt độc lập.

b) Ví dụ tính tiền điện một lớp học:

Giả sử lớp học có các thiết bị (mỗi tháng sử dụng 25 ngày):

Tổng điện năng tiêu thụ: $A \approx 18 + 56{,}25 + 22{,}5 \approx 96{,}75$ kW.h/tháng.

Áp dụng giá điện luỹ tiến (4 bậc) trong hoá đơn ở đầu bài:

• Bậc 1 (50 kWh đầu): $50 \times 1\,549 = 77\,450$ đồng
• Bậc 2 (50 kWh tiếp): $50 \times 1\,600 = 80\,000$ đồng
• Bậc 3 (kWh còn lại $\approx 96{,}75 – 100 \approx -3$, không tới bậc 3): không có

Vì lớp học chỉ dùng $\approx 96{,}75$ kWh < 100 kWh, nên chỉ tính bậc 1 và một phần bậc 2:

$$T \approx 50 \times 1\,549 + 46{,}75 \times 1\,600 \approx 77\,450 + 74\,800 = 152\,250 ; \text{đồng}$$

Cộng thuế GTGT 10%: $T_{tt} \approx 152\,250 \times 1{,}1 \approx 167\,475$ đồng/tháng.

c) Phương án tiết kiệm điện:

• Tắt thiết bị điện khi không sử dụng (đèn, quạt, máy chiếu).
• Thay đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang bằng đèn LED để tiết kiệm điện.
• Tận dụng ánh sáng tự nhiên vào ban ngày, mở cửa sổ thay vì bật đèn.
• Sử dụng các thiết bị điện có dán nhãn tiết kiệm năng lượng.
• Bảo trì, vệ sinh thiết bị thường xuyên để chúng hoạt động hiệu quả.

Em có thể

Giải thích được nội dung ghi trong hoá đơn tiền điện và ý nghĩa của việc tính giá điện luỹ tiến; lợi ích của việc thay đèn sợi đốt bằng đèn LED

Lời giải:

• Nội dung ghi trong hoá đơn tiền điện gồm: chỉ số mới và cũ của công tơ điện, lượng điện năng tiêu thụ (kWh) bằng hiệu hai chỉ số, đơn giá điện ở từng bậc, thành tiền, thuế GTGT và tổng tiền phải thanh toán.

• Ý nghĩa của giá điện luỹ tiến: khuyến khích tiết kiệm điện, đảm bảo công bằng giữa các hộ dùng ít và dùng nhiều, đồng thời góp phần bảo vệ tài nguyên và môi trường.

• Lợi ích của việc thay đèn sợi đốt bằng đèn LED:

• Tiết kiệm điện: với cùng độ sáng, đèn LED tiêu thụ ít điện hơn nhiều (ví dụ đèn LED 20 W cho độ sáng tương đương đèn sợi đốt 100 W).
• Tuổi thọ cao: đèn LED dùng được hàng chục nghìn giờ, gấp nhiều lần đèn sợi đốt → ít phải thay bóng.
• Tiết kiệm chi phí lâu dài: mặc dù giá mua đèn LED cao hơn nhưng tổng chi phí (tiền bóng + tiền điện) trong dài hạn thấp hơn nhiều.
• Bảo vệ môi trường: ít phát nhiệt, giảm lượng điện tiêu thụ → giảm phát thải khí nhà kính.

Ước tính được số tiền điện trung bình mỗi tháng phải trả khi sử dụng các dụng cụ và thiết bị điện trong nhà và các biện pháp tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ

Lời giải (gợi ý):

Các bước ước tính tiền điện mỗi tháng:

Bước 1. Liệt kê các thiết bị điện trong nhà cùng công suất định mức (đọc trên nhãn) và thời gian sử dụng trung bình mỗi ngày.

Bước 2. Tính điện năng tiêu thụ mỗi tháng của từng thiết bị:

$$A = \mathscr{P} \times t \times \text{số ngày}$$

(Đổi $\mathscr{P}$ ra kW, $t$ ra giờ để được kết quả tính bằng kW.h).

Bước 3. Cộng tất cả lại để được tổng điện năng tiêu thụ trong tháng.

Bước 4. Áp dụng giá điện luỹ tiến (4 bậc) để tính tiền điện, sau đó cộng thuế GTGT 10%.

Ví dụ minh họa: Một hộ gia đình dùng:

Áp dụng giá điện luỹ tiến: bậc 1 (50 kWh × 1 549) + bậc 2 (50 kWh × 1 600) + bậc 3 (21,5 kWh × 1 858) $\approx 77\,450 + 80\,000 + 39\,947 = 197\,397$ đồng.

Cộng thuế GTGT 10%: $\approx 217\,137$ đồng/tháng.

Các biện pháp tiết kiệm điện:

• Tắt thiết bị khi không sử dụng, rút phích cắm khi đi vắng dài ngày.
• Dùng đèn LED thay cho đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang.
• Sử dụng thiết bị điện có nhãn tiết kiệm năng lượng (Energy Star, dán nhãn 5 sao).
• Tận dụng ánh sáng và gió tự nhiên thay cho đèn và quạt khi có thể.
• Cài đặt điều hoà ở 26 °C trở lên, vệ sinh máy lạnh, tủ lạnh định kỳ.

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn