Chiều nào tan học, bạn cũng thấy cùng một cảnh quen thuộc ở cổng trường: một chiếc xe máy vừa tắt máy mà thân xe vẫn nóng ran, mùi xăng còn phảng phất trong không khí, còn kim xăng thì đã tụt xuống gần vạch đỏ dù mới đổ xăng hôm qua. Số xăng ấy đi đâu hết? Xăng cháy trong động cơ, đáng lẽ phải biến thành chuyển động để đẩy xe đi, vậy mà một phần lớn lại biến thành nhiệt làm nóng máy, thành tiếng nổ ầm ầm, thành khói xả ra phía sau. Bạn trả đủ 100 đồng tiền xăng, nhưng xe chỉ chạy được bằng một phần trong số đó. Cảm giác tiếc tiền ấy, thật ra, chính là cảm giác mà các nhà vật lí đã gọi tên từ rất lâu rồi: hiệu suất.
Chuyện tương tự cũng xảy ra ngay trong nhà bạn, với cái bóng đèn sợi đốt treo trên trần. Bạn bật công tắc, bóng sáng lên, nhưng chỉ cần chạm nhẹ vào bóng sau vài phút là bạn phải rụt tay lại vì nó nóng rực. Điện chạy vào bóng đèn, một phần biến thành ánh sáng để bạn đọc sách, phần còn lại biến thành nhiệt làm nóng cả căn phòng một cách vô ích. Nói theo cách của bài học hôm nay thì thế này: bạn bỏ ra 100 đồng năng lượng, bạn chỉ thu về chừng 80 đồng việc có ích, còn 20 đồng kia đã chuyển thành những dạng năng lượng bạn không cần. Vậy 20 đồng ấy đi đâu mất, và làm sao biết một cái máy có đáng dùng hay không? Câu trả lời nằm gọn trong một công thức rất ngắn của Vật lí 10, Bài 27: công thức tính hiệu suất.
Công thức tính hiệu suất: bỏ ra bao nhiêu, thu về bao nhiêu
Sách giáo khoa Vật lí 10 đã nhấn mạnh ngay từ đầu Bài 27: trong mọi quá trình chuyển hóa năng lượng, luôn tồn tại năng lượng hao phí. Bạn đốt xăng, bạn bật đèn, bạn kéo một vật nặng lên cao hay bạn bật quạt cho mát, lần nào cũng vậy, một phần năng lượng sẽ biến thành nhiệt, thành tiếng ồn, thành rung động, thành ma sát. Năng lượng không tự nhiên biến mất, nó chỉ chuyển sang dạng khác, và chính phần chuyển sang dạng khác ấy là phần hao phí. Vì vậy, năng lượng toàn phần mà bạn bỏ ra luôn bằng năng lượng có ích cộng với năng lượng hao phí. Bạn hãy ghi nhớ câu này như một cái cân: toàn bộ năng lượng ở một bên, bên kia là hai quả cân, một quả là phần làm được việc, một quả là phần hao phí.
Hiệu suất chính là cách người ta đo xem cái cân ấy lệch về phía nào. Hiệu suất là tỉ số giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, hay nói theo cách dùng trong bài tập, là tỉ số giữa công có ích và công toàn phần. Công thức viết như sau: H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm. Trong đó, H là hiệu suất, A phẩy là công có ích, tức là phần công thực sự làm được việc bạn cần, còn A là công toàn phần, tức là toàn bộ công mà nguồn năng lượng đã cung cấp. Dấu phẩy nhỏ trên đầu chữ A chỉ là cách đánh dấu để phân biệt công có ích với công toàn phần. Hiệu suất H không có đơn vị riêng, người ta thường biểu diễn nó bằng phần trăm, vì vậy trong công thức mới có thêm phép nhân với 100 phần trăm ở cuối. Nếu bạn quên nhân với 100 phần trăm, bạn sẽ được một số thập phân như 0,8, đó vẫn là tỉ số đúng, nhưng đáp án trắc nghiệm thường hỏi theo phần trăm, nên bạn cần đổi 0,8 thành 80 phần trăm thì mới khớp đáp án.
Bạn hãy nhìn lại sơ đồ cột năng lượng ngay phía trên để thấy công thức sống động như thế nào. Thanh năng lượng dài 500 J được chia thành hai đoạn: đoạn xanh lá dài 400 J là công có ích, chiếm 80 phần trăm, đoạn cam ngắn 100 J là năng lượng hao phí, chiếm 20 phần trăm. Cộng hai đoạn lại, 400 J cộng 100 J bằng đúng 500 J. Lấy 400 chia 500 được 0,8, nhân với 100 phần trăm được 80 phần trăm, và đó chính là hiệu suất. Công thức không hề khó, khó là ở chỗ nhiều bạn khi làm bài thường lấy nhầm số: lấy năng lượng hao phí chia cho năng lượng toàn phần, hoặc lấy công có ích chia cho năng lượng hao phí. Chỉ cần bạn nhớ hình ảnh thanh năng lượng hai màu này, bạn sẽ luôn biết số nào đặt ở tử số, số nào đặt ở mẫu số: tử số là phần xanh lá, phần làm được việc, mẫu số là cả thanh dài, tức là tất cả năng lượng đã bỏ ra.
Ngoài dạng dùng công, hiệu suất còn có một dạng khác hoàn toàn tương đương, dùng công suất thay cho công, và dạng này rất hay xuất hiện trong các bài toán về động cơ, máy bơm hay bóng đèn, vì người ta thường cho sẵn công suất ghi trên nhãn máy. Công thức dạng công suất viết như sau: H bằng P phẩy chia P nhân 100 phần trăm. Trong đó, P phẩy là công suất có ích, còn P là công suất toàn phần. Đơn vị của công suất là oát, kí hiệu là W, ví dụ một động cơ tiêu thụ 750 W nhưng chỉ cho ra công suất có ích 600 W thì hiệu suất của nó là 600 chia 750 nhân 100 phần trăm, bằng 80 phần trăm. Hai dạng này không phải là hai công thức khác nhau, chúng là một, chỉ khác ở chỗ một bên dùng công đo bằng jun, một bên dùng công suất đo bằng oát. Khi đề bài cho công thì bạn dùng dạng A phẩy chia A, khi đề bài cho công suất thì bạn dùng dạng P phẩy chia P, và bạn tuyệt đối không được trộn lẫn hai dạng với nhau.
Có một câu hỏi mà hầu như bạn học sinh nào cũng từng thắc mắc: liệu có cái máy nào đạt hiệu suất 100 phần trăm không? Câu trả lời dứt khoát của vật lí là không, không bao giờ có. Vì ma sát luôn tồn tại ở mọi chỗ tiếp xúc, vì dây dẫn điện luôn nóng lên khi có dòng điện chạy qua, vì động cơ nào cũng rung, cũng kêu, cũng tỏa nhiệt, và vì năng lượng hao phí là điều không thể tránh khỏi trong mọi quá trình chuyển hóa năng lượng. Ngay cả những cỗ máy tốt nhất cũng chỉ đạt hiệu suất chừng 90 phần trăm trở xuống, còn bóng đèn sợi đốt trong nhà bạn thì hiệu suất chỉ khoảng 5 phần trăm, nghĩa là trong 100 đồng tiền điện, chỉ có 5 đồng biến thành ánh sáng, 95 đồng còn lại biến thành nhiệt. Đó cũng là lí do vì sao ngày nay người ta thay bóng sợi đốt bằng bóng đèn LED. Vậy nên, khi làm bài, nếu bạn tính ra hiệu suất bằng 100 phần trăm hoặc lớn hơn 100 phần trăm, bạn hãy biết ngay là mình đã tính sai, vì hiệu suất luôn nhỏ hơn 100 phần trăm.
Hiệu suất còn là thước đo rất thực tế để bạn so sánh hai cái máy với nhau. Giả sử nhà bạn có hai chiếc quạt, quạt cũ tiêu thụ 100 W mà chỉ cho ra gió tương đương 40 W công suất có ích, hiệu suất 40 phần trăm, còn quạt mới tiêu thụ 100 W mà cho ra gió tương đương 70 W, hiệu suất 70 phần trăm, thì quạt mới rõ ràng tốt hơn, vì cùng một số tiền điện, nó làm mát tốt hơn hẳn. Nếu bạn muốn ôn lại các dạng năng lượng mà một vật có thể mang theo trước khi tính hiệu suất, bạn có thể xem lại bài về cơ năng và bài về động lượng, vì nhiều bài toán hiệu suất sẽ cho sẵn thế năng, động năng hay động lượng để bạn tính ra công có ích trước rồi mới chia cho công toàn phần. Khi cần bấm máy tính nhanh để kiểm tra phép chia và phép nhân phần trăm, bạn có thể dùng máy tính Casio online ngay trên trình duyệt, nhưng bạn vẫn nên tự nhẩm lại một lần để chắc chắn mình không bấm nhầm số.
Bốn ví dụ tính hiệu suất từng bước, số nào ra số ấy
Ví dụ 1 là ví dụ gốc trong sách giáo khoa, bạn hãy làm thật chậm cùng thầy cô trên lớp, vì nó là khuôn mẫu cho mọi bài hiệu suất sau này. Đề bài cho: một máy thực hiện công toàn phần A bằng 500 J, trong đó công có ích A phẩy bằng 400 J, hỏi hiệu suất của máy bằng bao nhiêu phần trăm. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm. Bước thứ hai, bạn thay số vào đúng vị trí: A phẩy là 400 J đặt ở tử số, A là 500 J đặt ở mẫu số, được H bằng 400 chia 500 nhân 100 phần trăm. Bước thứ ba, bạn tính phép chia trước: 400 chia 500 bằng 0,8, rồi nhân 0,8 với 100 phần trăm, được 80 phần trăm. Vậy hiệu suất của máy là 80 phần trăm. Bạn kiểm tra ngược lại: năng lượng hao phí bằng 500 J trừ 400 J bằng 100 J, chiếm 20 phần trăm, và 80 phần trăm cộng 20 phần trăm bằng đúng 100 phần trăm. Ví dụ này cũng chính là ví dụ được vẽ thành sơ đồ cột năng lượng ở đầu bài, nên bạn hãy đối chiếu từng con số trong bài giải với từng đoạn màu trong hình.
Ví dụ 2 là dạng tính ngược: đề bài cho hiệu suất và công toàn phần, hỏi công có ích bằng bao nhiêu. Đây là dạng bài rất hay gặp trong đề kiểm tra, vì nó buộc bạn phải biến đổi công thức chứ không chỉ thay số. Đề bài: một động cơ có hiệu suất H bằng 75 phần trăm, công toàn phần A bằng 800 J, tính công có ích A phẩy. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức gốc: H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm. Bước thứ hai, bạn đổi hiệu suất sang dạng thập phân: 75 phần trăm bằng 0,75. Bước thứ ba, bạn biến đổi công thức để tìm A phẩy: A phẩy bằng H dạng thập phân nhân với A, tức là A phẩy bằng 0,75 nhân 800 J. Bước thứ tư, bạn tính: 0,75 nhân 800 bằng 600, vậy A phẩy bằng 600 J. Bạn kiểm tra lại: năng lượng hao phí bằng 800 J trừ 600 J bằng 200 J, chiếm 25 phần trăm, và 75 phần trăm cộng 25 phần trăm bằng 100 phần trăm, đúng. Mẹo nhỏ cho dạng này là bạn hãy luôn đổi phần trăm sang số thập phân trước khi nhân hoặc chia, vì nhiều bạn quên đổi mà nhân thẳng 75 với 800, ra 60.000 J, một con số vô lí lớn hơn cả công toàn phần.
Ví dụ 3 là dạng tính ngược thứ hai: đề bài cho hiệu suất và công có ích, hỏi công toàn phần bằng bao nhiêu. Đề bài: một ròng rọc có hiệu suất H bằng 80 phần trăm, công có ích để nâng vật lên cao là A phẩy bằng 640 J, tính công toàn phần A mà người kéo đã bỏ ra. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm. Bước thứ hai, bạn đổi 80 phần trăm thành 0,8. Bước thứ ba, bạn biến đổi công thức để tìm A: A bằng A phẩy chia cho H dạng thập phân, tức là A bằng 640 J chia 0,8. Bước thứ tư, bạn tính: 640 chia 0,8 bằng 800, vậy công toàn phần A bằng 800 J. Bạn kiểm tra lại: năng lượng hao phí bằng 800 J trừ 640 J bằng 160 J, chiếm 20 phần trăm, và 80 phần trăm cộng 20 phần trăm bằng 100 phần trăm, đúng. Bạn lưu ý, ở dạng bài này, nhiều bạn hay làm ngược thành 640 nhân 0,8 bằng 512 J, ra một con số nhỏ hơn cả công có ích, mà công toàn phần thì bao giờ cũng phải lớn hơn công có ích. Vậy nên, mỗi khi tính ra công toàn phần, bạn hãy so sánh ngay với công có ích: nếu số bạn tính ra nhỏ hơn công có ích thì chắc chắn bạn đã nhân nhầm chỗ cần chia.
Ví dụ 4 dùng dạng công suất, để bạn thấy công thức hiệu suất không chỉ dùng cho công đo bằng jun mà còn dùng cho công suất đo bằng oát. Đề bài: một động cơ điện tiêu thụ công suất toàn phần P bằng 750 W, công suất có ích mà động cơ cung cấp cho máy làm việc là P phẩy bằng 600 W, tính hiệu suất của động cơ. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức dạng công suất: H bằng P phẩy chia P nhân 100 phần trăm. Bước thứ hai, bạn thay số vào đúng vị trí: P phẩy là 600 W đặt ở tử số, P là 750 W đặt ở mẫu số, được H bằng 600 chia 750 nhân 100 phần trăm. Bước thứ ba, bạn tính phép chia: 600 chia 750 bằng 0,8, rồi nhân 0,8 với 100 phần trăm, được 80 phần trăm. Vậy hiệu suất của động cơ là 80 phần trăm. Bạn kiểm tra lại: công suất hao phí bằng 750 W trừ 600 W bằng 150 W, chiếm 20 phần trăm. Bạn hãy để ý, đáp án 80 phần trăm ở ví dụ này trùng với đáp án ở ví dụ 1, nhưng hai ví dụ không hề giống nhau: ví dụ 1 dùng công tính bằng jun, ví dụ 4 dùng công suất tính bằng oát, và sự trùng hợp về con số chỉ là do người ra đề chọn số liệu đẹp cho dễ tính.
Năm lỗi sai thường gặp khi tính hiệu suất và cách tránh
Lỗi thứ nhất là lấy năng lượng hao phí chia cho năng lượng toàn phần thay vì lấy năng lượng có ích chia cho năng lượng toàn phần. Rất nhiều bạn đọc đề bài thấy cho hai con số, ví dụ công toàn phần 500 J và năng lượng hao phí 100 J, liền lấy 100 chia 500 ra 20 phần trăm rồi khoanh luôn, mà không nhận ra 20 phần trăm ấy là tỉ lệ hao phí, không phải hiệu suất. Cách tránh rất đơn giản: trước khi thay số, bạn hãy tự hỏi mình một câu, số ở tử số phải là phần làm được việc hay phần mất đi, và câu trả lời luôn là phần làm được việc. Nếu đề bài chỉ cho năng lượng hao phí mà không cho trực tiếp công có ích, bạn hãy tính công có ích trước bằng phép trừ, lấy năng lượng toàn phần trừ đi năng lượng hao phí, rồi mới lấy kết quả ấy chia cho năng lượng toàn phần. Với hai số 500 J và 100 J, bạn tính công có ích bằng 500 trừ 100 bằng 400 J, rồi lấy 400 chia 500 ra 80 phần trăm, đó mới là hiệu suất đúng.
Lỗi thứ hai là quên nhân với 100 phần trăm. Bạn tính 400 chia 500 được 0,8 rồi dừng lại, khoanh đáp án 0,8 phần trăm, trong khi đáp án đúng là 80 phần trăm. Lỗi này nghe thì nhỏ nhưng lại làm mất điểm rất oan, vì bạn đã hiểu đúng bản chất mà chỉ sai ở bước đổi đơn vị cuối cùng. Cách tránh là bạn hãy luôn nhớ, hiệu suất trong bài tập trắc nghiệm hầu như luôn hỏi theo phần trăm, nên sau khi tính ra số thập phân, bạn hãy nhân ngay với 100 và ghi thêm dấu phần trăm vào sau. Bạn cũng có thể nhớ theo cách ngược lại: 0,8 có nghĩa là 80 phần trăm, vì dấu phẩy thập phân dịch sang phải hai chữ số khi đổi sang phần trăm, giống như bạn đổi 0,75 thành 75 phần trăm hay đổi 0,5 thành 50 phần trăm.
Lỗi thứ ba là nhầm lẫn giữa công toàn phần và công có ích, tức là đặt hai số ngược vị trí cho nhau trong công thức. Bạn lấy công toàn phần đặt ở tử số, công có ích đặt ở mẫu số, ví dụ lấy 500 chia 400 ra 1,25, nhân 100 phần trăm ra 125 phần trăm, một con số lớn hơn 100 phần trăm. Cách tránh ở đây chính là câu kiểm tra nhanh mà bài này đã nhắc nhiều lần: hiệu suất luôn nhỏ hơn 100 phần trăm, nên bất cứ khi nào bạn tính ra hiệu suất bằng 100 phần trăm hoặc lớn hơn 100 phần trăm, bạn hãy biết ngay là mình đã đặt ngược tử số và mẫu số. Bạn hãy nhớ, mẫu số bao giờ cũng là số lớn hơn, vì công toàn phần bao gồm cả phần có ích lẫn phần hao phí, nên nó luôn lớn hơn công có ích. Nếu bạn thấy tử số của mình lớn hơn mẫu số, bạn hãy đổi chỗ hai số cho nhau ngay, không cần tính lại từ đầu.
Lỗi thứ tư là trộn lẫn công và công suất trong cùng một phép tính. Đề bài cho công suất toàn phần là 750 W, bạn lại lấy công có ích 600 J chia cho 750 W, hoặc đề bài cho công toàn phần 800 J, bạn lại lấy công suất có ích 600 W chia cho 800 J, rồi ra một con số mà bạn không biết đơn vị của nó là gì. Cách tránh là bạn hãy đọc kĩ đơn vị trong đề bài ngay từ câu đầu tiên: nếu đề bài cho jun, bạn dùng dạng A phẩy chia A, nếu đề bài cho oát, bạn dùng dạng P phẩy chia P, và bạn chỉ chia hai số có cùng đơn vị với nhau. Một mẹo nhỏ là bạn hãy viết đơn vị kèm theo từng con số khi thay vào công thức, ví dụ viết 600 W chia 750 W, rồi gạch bỏ đơn vị W ở cả tử số và mẫu số, nếu đơn vị không gạch hết được cho nhau thì phép tính của bạn đang sai đơn vị, và bạn cần dừng lại kiểm tra ngay.
Lỗi thứ năm là tính ngược sai chiều, tức là khi đề bài cho hiệu suất và một trong hai công, bạn nhân ở chỗ cần chia và chia ở chỗ cần nhân. Bạn đã thấy ở ví dụ 2 và ví dụ 3, hai dạng tính ngược này dễ nhầm với nhau như thế nào: tìm công có ích thì nhân hiệu suất với công toàn phần, còn tìm công toàn phần thì chia công có ích cho hiệu suất. Cách tránh tốt nhất là bạn đừng học thuộc lòng hai công thức biến đổi, mà hãy học cách biến đổi từ công thức gốc trong ba mươi giây. Bạn viết H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm ra giấy, rồi bạn tự hỏi, mình cần tìm số nào, số ấy đang ở đâu trong công thức, và mình phải làm phép tính gì để nó đứng một mình một bên. Bạn cũng có thể kiểm tra bằng cảm giác vật lí: công có ích bao giờ cũng nhỏ hơn công toàn phần, nên nếu bạn tính ra công có ích lớn hơn công toàn phần, hoặc công toàn phần nhỏ hơn công có ích, thì bạn đã làm ngược phép tính.
Năm bài tập trắc nghiệm tự luyện
Bạn hãy làm năm câu trắc nghiệm dưới đây mà không nhìn đáp án trước, bấm máy tính cẩn thận từng câu, rồi mới đối chiếu với bảng đáp án và phần giải thích chi tiết ở ngay sau đó. Mỗi câu chỉ có một đáp án đúng, và các đáp án đúng được rải đều ở nhiều chữ cái khác nhau, nên bạn đừng đoán theo thói quen khoanh một chữ cái quen tay. Bạn hãy viết phép tính của mình ra giấy nháp, ghi rõ A phẩy bằng bao nhiêu, A bằng bao nhiêu, rồi mới chọn đáp án, vì đó chính là cách làm bài mà các bạn đạt điểm cao vẫn làm trong phòng thi.
Câu 1: Một máy thực hiện công toàn phần A bằng 1.000 J, trong đó công có ích A phẩy bằng 800 J. Hiệu suất của máy bằng bao nhiêu?
A. 20%
B. 125%
C. 80%
D. 8%
Câu 2: Một động cơ có hiệu suất H bằng 75%, công toàn phần A bằng 800 J. Công có ích A phẩy của động cơ bằng bao nhiêu?
A. 600 J
B. 200 J
C. 1.067 J
D. 75 J
Câu 3: Một ròng rọc có hiệu suất H bằng 80%, công có ích để nâng vật lên cao là A phẩy bằng 640 J. Công toàn phần A mà người kéo đã bỏ ra bằng bao nhiêu?
A. 512 J
B. 800 J
C. 720 J
D. 560 J
Câu 4: Hiệu suất của một máy có thể bằng 100% hay không?
A. Có, nếu máy mới và tốt.
B. Không, vì luôn có năng lượng hao phí.
C. Có, nếu máy làm việc không có ma sát.
D. Có, nếu máy chạy đủ lâu.
Câu 5: Một động cơ điện tiêu thụ công suất toàn phần P bằng 750 W, công suất có ích P phẩy bằng 600 W. Hiệu suất của động cơ bằng bao nhiêu?
A. 90%
B. 75%
C. 125%
D. 80%
Bảng đáp án và giải thích cặn kẽ từng câu
Bạn hãy đối chiếu đáp án của mình với bảng dưới đây trước, rồi đọc kĩ phần giải thích từng câu ngay sau bảng, vì phần giải thích sẽ nói rõ vì sao đáp án đúng lại đúng và vì sao mỗi đáp án sai lại sai, để bạn không mắc lại lỗi ấy trong bài kiểm tra thật.
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Đáp án | C | A | B | B | D |
Câu 1, đáp án đúng là C, 80%. Bạn áp dụng công thức H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm, thay số được H bằng 800 chia 1.000 nhân 100 phần trăm, tính 800 chia 1.000 bằng 0,8, nhân 100 phần trăm được 80 phần trăm. Đáp án A là 20% là sai, vì 20% là tỉ lệ hao phí, tính bằng 200 J chia 1.000 J, trong đó 200 J là năng lượng hao phí lấy 1.000 J trừ 800 J, chứ không phải hiệu suất. Đáp án B là 125% là sai, vì đó là kết quả khi bạn đặt ngược tử số và mẫu số, lấy 1.000 chia 800 ra 1,25, nhân 100 phần trăm ra 125 phần trăm, mà hiệu suất thì không bao giờ lớn hơn 100 phần trăm. Đáp án D là 8% là sai, vì bạn đã quên nhân với 100, hoặc bạn đã chia nhầm 800 cho 10.000 thay vì chia cho 1.000, nên ra 0,08, tức là 8 phần trăm, nhỏ hơn đáp án đúng mười lần.
Câu 2, đáp án đúng là A, 600 J. Đây là dạng tính ngược tìm công có ích, bạn biến đổi công thức thành A phẩy bằng H dạng thập phân nhân với A, đổi 75% thành 0,75, rồi tính 0,75 nhân 800 J bằng 600 J. Bạn kiểm tra lại bằng cách tính xuôi, 600 chia 800 bằng 0,75, nhân 100 phần trăm bằng 75 phần trăm, khớp với đề bài. Đáp án B là 200 J là sai, vì 200 J là năng lượng hao phí, lấy 800 J trừ 600 J, chứ không phải công có ích. Đáp án C là 1.067 J là sai, vì đó là kết quả khi bạn làm ngược phép tính, lấy 800 chia 0,75 ra khoảng 1.067 J, một con số lớn hơn cả công toàn phần, mà công có ích thì không bao giờ lớn hơn công toàn phần. Đáp án D là 75 J là sai, vì bạn đã lấy thẳng con số 75 trong 75% làm đáp án mà không nhân với công toàn phần, đó là lỗi nhầm lẫn giữa tỉ lệ phần trăm với giá trị tuyệt đối tính bằng jun.
Câu 3, đáp án đúng là B, 800 J. Đây là dạng tính ngược tìm công toàn phần, bạn biến đổi công thức thành A bằng A phẩy chia cho H dạng thập phân, đổi 80% thành 0,8, rồi tính 640 J chia 0,8 bằng 800 J. Bạn kiểm tra lại bằng cách tính xuôi, 640 chia 800 bằng 0,8, nhân 100 phần trăm bằng 80 phần trăm, khớp với đề bài, và năng lượng hao phí là 800 trừ 640 bằng 160 J, chiếm 20 phần trăm. Đáp án A là 512 J là sai, vì đó là kết quả khi bạn nhân nhầm, lấy 640 nhân 0,8 bằng 512 J, một con số nhỏ hơn cả công có ích, mà công toàn phần thì bao giờ cũng lớn hơn công có ích. Đáp án C là 720 J là sai, vì 720 J chỉ là số trung bình cộng của 640 J và 800 J, không liên quan gì tới công thức hiệu suất, và nếu bạn lấy 640 chia 720 thì chỉ được khoảng 89 phần trăm, không phải 80 phần trăm. Đáp án D là 560 J là sai, vì 560 J cũng nhỏ hơn công có ích 640 J, nên không thể là công toàn phần, và bạn có thể loại đáp án này ngay mà không cần tính, chỉ bằng cách so sánh lớn nhỏ.
Câu 4, đáp án đúng là B, không, vì luôn có năng lượng hao phí. Đây là câu hỏi lí thuyết, bạn không cần tính toán mà cần nhớ đúng bản chất đã học ở Bài 27: trong mọi quá trình chuyển hóa năng lượng, luôn tồn tại năng lượng hao phí dưới dạng nhiệt, tiếng ồn và ma sát, nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100 phần trăm, không có máy nào đạt hiệu suất 100 phần trăm. Đáp án A là sai, vì máy mới và tốt cũng chỉ giảm được hao phí chứ không thể xóa bỏ hoàn toàn hao phí, hiệu suất của máy tốt nhất cũng chỉ gần 100 phần trăm chứ không bằng 100 phần trăm. Đáp án C là sai, vì ma sát bằng không chỉ là điều kiện lí tưởng trong tưởng tượng, trong thực tế không có bề mặt nào hoàn toàn không có ma sát, chưa kể dây dẫn vẫn nóng lên và động cơ vẫn rung, vẫn kêu. Đáp án D là sai, vì chạy đủ lâu không làm hao phí biến mất, ngược lại máy chạy càng lâu thì càng nóng lên, hao phí càng nhiều, hiệu suất càng có xu hướng giảm xuống chứ không tăng lên tới 100 phần trăm.
Câu 5, đáp án đúng là D, 80%. Bạn áp dụng công thức dạng công suất, H bằng P phẩy chia P nhân 100 phần trăm, thay số được H bằng 600 chia 750 nhân 100 phần trăm, tính 600 chia 750 bằng 0,8, nhân 100 phần trăm được 80 phần trăm. Bạn lưu ý, câu này cho công suất tính bằng oát, nên bạn phải dùng dạng công thức với P phẩy và P, chứ không dùng dạng với A phẩy và A, nhưng cách tính thì giống hệt nhau, chỉ khác đơn vị. Đáp án A là 90% là sai, vì không có phép tính nào từ hai số 600 và 750 cho ra 90 phần trăm, đây là đáp án gây nhiễu dành cho bạn nào đoán mò. Đáp án B là 75% là sai, vì 75 phần trăm là kết quả khi bạn nhớ nhầm con số ở ví dụ 2, chứ không phải kết quả của 600 chia 750. Đáp án C là 125% là sai, vì đó là kết quả khi bạn đặt ngược tử số và mẫu số, lấy 750 chia 600 ra 1,25, nhân 100 phần trăm ra 125 phần trăm, mà hiệu suất thì không bao giờ lớn hơn 100 phần trăm, nên bạn có thể loại đáp án này ngay khi nhìn thấy nó lớn hơn 100 phần trăm.
Năm câu hỏi thường gặp về hiệu suất
Câu hỏi 1: Hiệu suất là gì, nói một câu ngắn gọn thì hiểu thế nào? Trả lời: hiệu suất là tỉ số giữa phần năng lượng làm được việc bạn cần và toàn bộ năng lượng bạn đã bỏ ra, tính theo phần trăm. Bạn bỏ ra 100 đồng năng lượng mà thu về 80 đồng việc có ích thì hiệu suất là 80 phần trăm. Bạn hãy nhớ hình ảnh thanh năng lượng hai màu ở đầu bài, phần xanh lá là phần có ích, cả thanh dài là toàn phần, và hiệu suất chính là tỉ lệ của phần xanh lá trên cả thanh dài ấy.
Câu hỏi 2: Vì sao hiệu suất luôn nhỏ hơn 100 phần trăm? Trả lời: vì trong mọi quá trình chuyển hóa năng lượng luôn có năng lượng hao phí, chủ yếu là nhiệt do ma sát, nhiệt do dây dẫn nóng lên, tiếng ồn và rung động. Phần hao phí này không thể bằng không trong thực tế, nên phần có ích bao giờ cũng nhỏ hơn toàn phần, và tỉ số của chúng bao giờ cũng nhỏ hơn 100 phần trăm. Ngay cả khi kĩ sư thiết kế máy rất tốt, họ cũng chỉ làm cho hao phí nhỏ đi chứ không thể làm cho hao phí biến mất hoàn toàn.
Câu hỏi 3: Công có ích, công toàn phần và năng lượng hao phí liên hệ với nhau như thế nào? Trả lời: công toàn phần bằng công có ích cộng với năng lượng hao phí, viết gọn là A bằng A phẩy cộng năng lượng hao phí. Nếu bạn biết hai trong ba đại lượng này, bạn luôn tính được đại lượng thứ ba bằng phép cộng hoặc phép trừ. Ví dụ công toàn phần 500 J và công có ích 400 J thì năng lượng hao phí là 100 J, còn công toàn phần 800 J và năng lượng hao phí 200 J thì công có ích là 600 J. Bạn hãy nhớ quan hệ này như một cái cân ba quả, quả lớn bằng hai quả nhỏ cộng lại.
Câu hỏi 4: Khi nào dùng công thức với A, khi nào dùng công thức với P? Trả lời: bạn nhìn vào đơn vị mà đề bài cho. Đề bài cho công tính bằng jun thì bạn dùng H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm. Đề bài cho công suất tính bằng oát thì bạn dùng H bằng P phẩy chia P nhân 100 phần trăm. Hai dạng này tương đương nhau, chỉ khác đơn vị đầu vào, và bạn tuyệt đối không được lấy công chia cho công suất hay lấy công suất chia cho công, vì hai đại lượng ấy khác nhau, chia lẫn sẽ ra con số vô nghĩa.
Câu hỏi 5: Làm sao để tăng hiệu suất của một cái máy trong đời sống? Trả lời: bạn giảm năng lượng hao phí bằng những cách rất thực tế, ví dụ như tra dầu mỡ để giảm ma sát ở các chỗ tiếp xúc, vệ sinh máy thường xuyên để máy không phải gồng lên vì bụi bẩn, thay bóng đèn sợi đốt bằng bóng đèn LED để ít biến điện thành nhiệt hơn, hoặc chọn mua máy có ghi hiệu suất cao trên nhãn. Bạn cũng có thể giảm hao phí bằng cách dùng máy đúng công suất thiết kế, không bắt một cái quạt nhỏ phải làm mát cả căn phòng lớn, vì khi máy quá tải, hao phí sẽ tăng lên rất nhanh.
Kết luận: nhớ một công thức, hiểu cả một cách dùng năng lượng
Bạn đã đi hết một vòng tròn rất đẹp của bài học hôm nay: bắt đầu từ chuyện xe máy tốn xăng và bóng đèn sợi đốt nóng rực, bạn đã hiểu vì sao bỏ ra 100 đồng năng lượng mà chỉ thu về 80 đồng việc có ích, bạn đã học công thức H bằng A phẩy chia A nhân 100 phần trăm và dạng tương đương với công suất, bạn đã làm bốn ví dụ tính từng bước, bạn đã nhận diện năm lỗi sai mà nhiều bạn hay mắc, và bạn đã tự luyện năm câu trắc nghiệm có giải thích cặn kẽ. Bạn hãy ghi nhớ ba điều quan trọng nhất trước khi gấp sách lại: thứ nhất, năng lượng toàn phần luôn bằng năng lượng có ích cộng năng lượng hao phí; thứ hai, hiệu suất là tỉ số của phần có ích trên toàn phần, tử số là phần làm được việc, mẫu số là tất cả năng lượng đã bỏ ra; thứ ba, hiệu suất luôn nhỏ hơn 100 phần trăm, và đó vừa là sự thật vật lí, vừa là cách kiểm tra đáp án nhanh nhất của bạn.
Bài học này cũng mở ra cho bạn một cách nhìn mới về thế giới xung quanh: mỗi lần bạn bật đèn, bật quạt, nổ máy xe hay kéo một vật nặng lên cao, bạn đều đang chứng kiến một phép chia hiệu suất diễn ra ngay trước mắt. Bạn hãy thử tự tính hiệu suất của một chiếc bóng đèn trong nhà hay một chiếc quạt trong phòng, và bạn sẽ thấy vật lí không nằm yên trong sách giáo khoa mà đang chạy quanh bạn mỗi ngày. Khi cần ôn lại, bạn hãy xem lại bài về cơ năng và bài về động lượng, và bạn có thể dùng máy tính Casio online để kiểm tra lại phép tính của mình cho thật chắc chắn. Chúc bạn làm bài kiểm tra tới đây thật tốt, và chúc bạn từ hôm nay sẽ là người dùng năng lượng thông minh hơn, biết chọn máy tốt, biết tắt đèn đúng lúc và biết trân trọng từng đồng năng lượng mà mình bỏ ra.