Tác dụng nhiệt và tác dụng phát sáng của dòng điện và Bài tập - Vật lý 7 bài 22

Thực tế, khi có dòng điện trong mạch, ta không thể nhìn thấy các điện tích dịch chuyển nhưng ta có thể quan sát các tác dụng do dòng điện gây ra để nhận biết sự tồn tại của nó. Một trong những tác dụng của dòng điện là tác dụng nhiệt và tác dụng phát sáng được thể hiện như thế nào? chúng ta sẽ tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Tác dụng nhiệt của dòng điện

- Khi có dòng điện chạy qua các vật dẫn nóng lên.

- Dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn, làm dây tóc bóng đèn nóng lên đến nhiệt độ cao và phát sáng.

- Nguyên nhân gây ra tác dụng nhiệt của dòng điện là do các vật dẫn có điện trở. Tác dụng nhiệt có thể có lợi, có thể có hại.

- Để làm giảm tác dụng nhiệt, cách đơn giản là làm dây dẫn bằng chất có điện trở suất nhỏ.

* Bảng nhiệt độ nóng chảy của một số chất:

II. Tác dụng phát sáng của dòng điện

- Một trong những tác dụng quan trọng của dòng điện là tác dụng phát sáng. Nhiều loại đèn điện hoạt động dựa trên nguyên tắc này.

1. Bóng đèn bút thử điện

- Dòng điện chạy qua chất khí trong bóng đèn bút thử điện làm chất khí này phát sáng

2. Đèn điôt phát quang (đèn LED)

- Đèn điôt phát quang chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định và khi đó đèn sáng.

- Để bóng đèn sợi đốt phát sáng được thì phải mất một phần năng lượng điện để đốt nóng bộ phận dây tóc đến nhiệt độ cao. Vì vậy, để tiết kiệm năng lượng điện người ta đã dùng đèn ống . Nhờ có cơ chế đặc biết chất bột phủ bên trong đèn ống phát sáng. Đèn này nóng lên ít nên tiêu thụ năng lượng điện ít hơn so với bóng đèn sợi đốt.

- Ngày nay người ta vẫn không ngừng nghiên cứu và chế tạo ra các loại đèn tiêu thụ ít năng lượng điện hơn nữa như đèn compắc, đèn LED,... đây là các giải pháp hợp lí nhằm tiết kiệm điện năng.

- Ngày nay đèn điốt phát quang (LED) đang được sản xuất nhiều với giá thành ngày càng rẻ và đèn LED có nhiều ưu điểm nên trong thời gian không xa sẽ thay thế các loại đèn khác.

III. Bài tập về tác dụng nhiệt và tác dụng phát sáng của dòng điện

* Câu C1 trang 60 SGK Vật Lý 7: Hãy kể tên một số dụng cụ, thiết bị thường dùng được đốt nóng khi có dòng điện chạy qua.

° Lời giải câu C1 trang 60 SGK Vật Lý 7: 

- Dụng cụ đốt nóng bằng điện: bóng đèn dây tóc, bếp điện, nồi cơm điện, bàn là (bản ủi), lò nướng, lò sưởi điện, máy sấy tóc, mỏ hàn điện, ấm điện, chăn điện, máy dán hay ép plastic (chất dẻo),...

* Câu C2 trang 60 SGK Vật Lý 7: Hãy lắp mạch điện như sơ đồ hình 22.1 và tìm hiểu các nội dung sau đây:a) Khi đèn sáng, bóng đèn có nóng lên không? Bằng cách nào để xác định điều đó?

b) Bộ phận nào của đen bị đốt nóng mạnh và phát sáng khi có dòng điện chạy qua?

c) Khi đèn sáng bình thường, bộ phận đó của đèn có nhiệt độ khoảng 2500^oC.

Bảng dưới cho biết nhiệt độ nóng chảy của một số chất, hãy giải thích vì sao dây tóc của bóng đèn thường được làm bằng vonfram?

° Lời giải câu C2 trang 60 SGK Vật Lý 7: 

a) Khi đèn sáng, bóng đèn có nóng lên. Để biết bóng đèn có nóng lên hay không ta có thể dùng nhiệt kế dùng cảm giác của bàn tay hay dùng một mảnh khăn ẩm để kiểm tra.

b) Dây tóc bóng đèn bị đốt nóng mạnh và phát sáng khi có dòng điện chạy qua.

c) Do dây vonfram dùng để làm dây tóc bóng đèn có nhiệt độ nóng chảy 3370^oC lớn hơn nhiệt độ nóng để phát sáng của bóng đèn nên dây tóc bóng đèn không bị nóng chảy khi đèn phát sáng.

* Câu C3 trang 60 SGK Vật Lý 7: Quan sát thí nghiệm của giáo viên được bố trí như hình 22.2 và hãy cho biết:a) Có hiện tượng gì xảy ra với các mảnh giấy khi giáo viên đóng công tắc?

b) Từ quan sát trên, hãy cho biết dòng điện đã gây ra tác dụng gì với dây sắt AB.

° Lời giải câu C3 trang 60 SGK Vật Lý 7: 

a) Các mảnh giấy bị cháy đứt và rơi xuống (cũng có thể bị nám đen).

b) Dòng điện làm dây sắt AB nóng lên nên các mảnh giấy bị cháy và đứt.

⇒ Kết luận: Khi có dòng điện chạy qua, các vật dẫn bị nóng lên. Dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn nóng tới nhiệt độ cao và phát sáng.

* Câu C4 trang 61 SGK Vật Lý 7: Nếu trong mạch điện với dây dẫn bằng đồng có nối xen một đoạn dây chì (gọi là cầu chì) thì trong một số trường hợp do tác dụng nhiệt của dòng điện, dây dẫn có thể nóng lên trên 327^oC. Hỏi khi đó có hiện tượng gì xảy ra với đoạn dây chì và với mạch điện?

° Lời giải câu C4 trang 61 SGK Vật Lý 7: 

- Đồng và chì đều dẫn điện, nên dòng điện dẫn đi qua đoạn dây chì nối với dây đồng.

- Do tác dụng nhiệt của dòng điện nên dây đồng lẫn dây chì đều bị nóng. Khi đoạn dây nóng đến 327^oC (bằng nhiệt độ nóng chảy của chì) dây chì bị đứt làm ngắt mạch điện.

* Câu C5 trang 61 SGK Vật Lý 7: Trong bóng đèn bút thử điện (hình 22.3) có chứa một chất (khí nêon). Hãy quan sát bóng đèn này và nêu nhận xét về hai đầu dây bên trong của nó.

° Lời giải câu C5 trang 61 SGK Vật Lý 7: 

- Hai đầu dây trong bóng đèn bút thử điện không tiếp xúc nhau (hở).

* Câu C6 trang 61 SGK Vật Lý 7: Hãy quan sát bóng đèn bút thử điện khi nó phát sáng và trả lời câu hỏi sau đây:

Đèn sáng do hai đầu dây đèn nóng sáng hay do vùng chất khí ở giữa hai đầu dây này phát sáng?

° Lời giải câu C6 trang 61 SGK Vật Lý 7: 

- Bóng đèn bút thử điện sáng, chứng tỏ có dòng điện đi qua lớp khí nêôn giữa hai đầu dây bên trong bóng đèn.

⇒ Kết luận: Dòng điện chạy qua chất khí trong bóng đèn củà bút thử điện làm chất khí này phát sáng.

* Câu C7 trang 62 SGK Vật Lý 7: Đảo ngược hai đầu dây đèn, nhận xét xem khi đèn sáng thì dòng điện đi vào bản cực nào của đèn?

° Lời giải câu C7 trang 62 SGK Vật Lý 7: 

- Khi hai đầu dây của đèn điốt phát quang được nối với hai cực của nguồn điện và đang sáng, nếu đảo hai đầu dây của đèn điôt ta thấy đèn không sáng.

- Qua quan sát nhận thấy đèn điốt phát quang chỉ sáng khi dòng điện đi vào bản cực nhỏ của đèn, nghĩa là khi mắc đèn điốt phát quang vào mạch điện thì cần nối bản cực nhỏ của đèn với cực dương của nguồn điện và bản kim loại lớn hơn được nối với cực âm.

⇒ Kết luận: Đèn điốt phát quang chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định và khi đó đèn sáng.

* Câu C8 trang 62 SGK Vật Lý 7: Dòng điện không gây ra tác dụng nhiệt trong các dụng cụ nào dưới đây khi chúng hoạt động bình thường?

A. Bóng đèn bút chì thử điện.

B. Đèn điốt phát quang

C. Quạt điện.

D. Đồng hồ dùng pin.

E. Không có trường hợp nào.

° Lời giải câu C8 trang 62 SGK Vật Lý 7: 

¤ Chọn đáp án: E. Không có trường hợp nào.

- Dòng điện đều có gây tác dụng nhiệt nhiều hay ít trên các thiết bị dùng điện.

* Câu C9 trang 62 SGK Vật Lý 7: Cho mạch điện có sơ đồ như hình 22.5, nguồn điện là một chiếc pin với các cực dương (+) và cực âm (-) chưa biết. Hãy nêu cách làm khi sử dụng đèn điốt phát quang để xác định xem A hay B là cực (+) của pin này và chiều dòng điện chạy trong mạch.

° Lời giải câu C9 trang 62 SGK Vật Lý 7: 

+ Nối bản kim loại của đèn LED với cực A của nguồn điện và đóng công tắc K.

 - Nếu đèn LED sáng thì cực A là cực dương của nguồn điện.

 - Nếu đèn LED không sáng thì A là cực âm, B là cực dương của nguồn điện...

+ Suy luận tương tự nếu nối bản kim loại nhỏ của đèn LED với cực B của nguồn điện.

+ Tùy vào cách xác định đầu A hay B là cực dương của nguồn điện mà xác định chiều dòng điện chạy qua mạch.

- Ví dụ: nếu A là cực dương thì chiều dòng điện chạy qua mạch như hình sau: