Mục lục bài họcĐang ở d04-b2
Electrical power, energy and safety
Power and energy
$$P=IV=I^{2}R=\frac{V^{2}}{R},\qquad E=Pt=IVt$$The three forms of the power equation are the same equation with $V=IR$ substituted in. Choose whichever one matches the quantities the question gives, rather than working out the missing quantity first.
The kilowatt-hour
Electricity bills use the kilowatt-hour, not the joule:
$$1\ \text{kW h}=1000\ \text{W}\times 3600\ \text{s}=3.6\times 10^{6}\ \text{J}$$Cost $=$ number of kW h $\times$ price per unit. Convert the power to kilowatts and the time to hours before multiplying.
Fuses and circuit breakers
A fuse is a thin wire that melts if the current exceeds its rating, breaking the circuit. Choose the smallest standard fuse above the normal operating current: an appliance drawing $8$ A takes a $13$ A fuse, not a $3$ A one (which would blow in normal use) and not a $30$ A one (which would let a dangerous fault current through).
The fuse and the switch must both be in the live wire. If they were in the neutral wire, the appliance would still be connected to the live supply after they operated.
Earthing and double insulation
A metal-cased appliance is connected to the earth wire. If the live wire touches the case, a very large current flows to earth, which blows the fuse and disconnects the supply before anyone can be shocked.
A double-insulated appliance has a plastic case with no exposed metal, so there is nothing for a live wire to make dangerous, and it needs no earth wire.
Công suất và điện năng.
$$P=IV=I^{2}R=\frac{V^{2}}{R},\qquad E=Pt=IVt$$Ba dạng của phương trình công suất chỉ là một phương trình, sau khi thay $V=IR$ vào. Chọn dạng nào khớp với các đại lượng đề cho, thay vì đi tính đại lượng còn thiếu trước rồi mới dùng dạng quen thuộc.
Kilôoát giờ. Hoá đơn tiền điện dùng kW·h, không dùng jun:
$$1\ \text{kW·h}=1000\ \text{W}\times 3600\ \text{s}=3.6\times 10^{6}\ \text{J}$$Tiền $=$ số kW·h $\times$ giá mỗi số. Phải đổi công suất sang kilôoát và thời gian sang giờ trước khi nhân — đây là chỗ duy nhất trong cả chương mà thời gian không tính bằng giây, và chính vì thế nó hay bị làm ngược.
Cầu chì và aptomat. Cầu chì là một đoạn dây mảnh, nóng chảy khi dòng vượt quá định mức, làm hở mạch. Chọn cầu chì tiêu chuẩn nhỏ nhất mà vẫn lớn hơn dòng làm việc bình thường: thiết bị chạy $8$ A thì lắp cầu chì $13$ A — không lắp $3$ A (sẽ đứt ngay khi dùng bình thường) và cũng không lắp $30$ A (sẽ cho dòng sự cố nguy hiểm đi qua mà không đứt).
Cầu chì và công tắc đều phải nằm trên dây nóng (live). Nếu đặt trên dây nguội, thì sau khi cầu chì đứt hay công tắc ngắt, thiết bị vẫn còn nối với nguồn điện áp cao — nguy hiểm hệt như trước.
Nối đất và cách điện hai lớp. Thiết bị có vỏ kim loại được nối với dây tiếp đất. Nếu dây nóng chạm vào vỏ, một dòng rất lớn chạy xuống đất, làm đứt cầu chì và cắt nguồn trước khi có ai kịp bị điện giật.
Thiết bị cách điện hai lớp có vỏ nhựa không để lộ kim loại nào, nên không có gì để dây nóng biến thành nguy hiểm — loại này không cần dây tiếp đất.
Một máy sưởi ghi $2300$ W, dùng nguồn $230$ V. (a) Tính dòng làm việc bình thường. (b) Chọn cầu chì phù hợp trong ba loại $3$ A, $5$ A và $13$ A. (c) Máy chạy $2.5$ giờ mỗi ngày; tính chi phí một tuần nếu giá điện là $2500$ đồng mỗi kW·h.
(a)
$$I=\frac{P}{V}=\frac{2300}{230}=10\ \text{A}$$(b) Chọn loại tiêu chuẩn nhỏ nhất mà vẫn lớn hơn $10$ A. Cầu chì $3$ A và $5$ A đều nhỏ hơn dòng làm việc nên sẽ đứt ngay lần bật đầu tiên. Vậy chọn $13$ A.
Nếu có sẵn cả loại $30$ A thì không chọn nó: cầu chì quá lớn cho phép dòng sự cố tới $29$ A chạy qua mà vẫn không đứt, đủ để làm cháy dây và gây hoả hoạn.
(c) Đổi sang kilôoát và giờ — không đổi sang giây.
$$P=2300\ \text{W}=2.3\ \text{kW}$$$$t=2.5\times 7=17.5\ \text{giờ mỗi tuần}$$$$E=2.3\times 17.5=40.25\ \text{kW·h}$$$$\text{chi phí}=40.25\times 2500=100\,625\ \text{đồng}$$Chú ý về đơn vị. Đây là chỗ duy nhất trong cả chương mà đổi thời gian sang giây là sai. Dùng giây sẽ cho ra jun, và chia cho $3{,}6\times 10^{6}$ mới quay lại được kW·h — dài hơn và thêm một cơ hội sai.
Một ấm đun nước vỏ kim loại có dây tiếp đất. Giải thích điều gì xảy ra nếu dây nóng bị sờn và chạm vào vỏ, và vì sao dây tiếp đất bảo vệ được người dùng.
Không có dây tiếp đất. Vỏ kim loại trở thành một phần của mạch điện áp cao. Người chạm vào vỏ sẽ tạo ra một đường dẫn từ vỏ qua cơ thể xuống đất, và bị điện giật.
Có dây tiếp đất — chuỗi bốn bước.
Một. Dây nóng chạm vỏ, và vỏ đã được nối với dây tiếp đất, vốn là một đường có điện trở rất nhỏ dẫn thẳng xuống đất.
Hai. Vì $I=\dfrac{V}{R}$ với $R$ rất nhỏ, một dòng điện rất lớn chạy qua ngay lập tức.
Ba. Dòng lớn đó làm đứt cầu chì (hoặc ngắt aptomat) trong một phần nhỏ của giây.
Bốn. Mạch bị cắt, vỏ ấm không còn điện áp, và điều đó xảy ra trước khi có ai kịp chạm vào.
Điểm dễ hiểu sai. Dây tiếp đất không “hút điện đi cho an toàn” một cách thụ động — nó hoạt động bằng cách cố ý tạo ra một sự cố lớn để buộc cầu chì phải đứt. Bảo vệ đến từ cầu chì; dây đất chỉ là thứ kích hoạt nó.
Vì thế dây đất mà không có cầu chì (hoặc cầu chì chọn quá lớn) thì không bảo vệ được gì cả — hai bộ phận này chỉ có tác dụng khi đi cùng nhau.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Electricity and Magnetism gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.