Chuong 4 chương iv dòng điện không đổi

3/6/2022 CHƯƠNG IV: DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI NỘI DUNG • I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN • II ĐỊNH LUẬT OHM • III QUY TẮC KIRCHOFF – VẬN DỤNG • IV CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN • V GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Dòng điện Dòng điện dòng chuyển dời có hướng điện tích + + _ _ _ + * Quy ước: Chiều dòng điện chiều chuyển động điện tích dương I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cường độ dòng điện a Cường độ dòng điện điện lượng chuyển qua diện tích S đơn vị thời gian + S + _ _ = _ + * Dòng điện khơng đổi dịng điện có cường độ chiều không đổi theo thời gian = 3/6/2022 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN → Mật độ dịng điện : Mật độ dịng điện trung bình điểm M tiết diện S: M + - - + → → + - * Điểm đặt: Đặt vào điểm M * Hướng: Cùng hướng chuyển động hạt dương * Độ lớn: Bằng cường độ dòng điện qua đơn vị diện tích * Đối với dịng điện khơng đổi thì: = = I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Lưu ý đơn vị đo hệ SI: I: Cường độ dòng điện (A) j: Mật độ dòng điện (A/m2) vd: Tốc độ trôi (m/s) n: Mật độ hạt tải (hạt/m 3) S: Tiết diện (m 2) Q: điện lượng (C ) = N Với N: số hạt tải I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Ví dụ I.1 Mỗi giây có 2.1018 ion dương hóa trị 4.1018 electron chạy qua đèn ống có đường kính tiết diện d = 2,0 cm Tính cường độ dịng điện trị số trung bình mật độ dịng điện j qua đèn Giải Cường độ dòng điện: I = ΔQ N q = Δt Δt + 4.10 1,6.10 = 1,28 A × 1,28 4I I = = Mật độ dòng điện: j = 3,14 × 0,02 S πd I= 2.10 2.1,6.10 = 4,08.10  A/m 3/6/2022 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Ví dụ I.2 Một dây chì có tiết diện S = mm2, có dịng điện A chạy qua a Tính mật độ dịng điện qua dây chì b Dây chì chịu dòng điện tối đa bao nhiêu, mật độ dòng cho phép 450 A/cm2 ? c Một động điện có giới hạn dịng 18 A phải dùng dây chì có đường kính tiết diện để bảo vệ động cơ? Mật độ dòng cho phép 450 A/cm2 Giải I = 5/2 = 2,5 A/mm2 a Mật độ dòng điện: j = S b Dòng điện tối đa phép qua dây chì: Imax = jmax.S = A I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN c Đường kính dây chì: Imax = jmax.S = jmax => d = 2,26 mm 3/6/2022 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN , Nguồn điện + Là cấu để trì dịng điện - X 10 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nguồn điện 11 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Điện trở Điên trở linh kiện thụ động, có tác dụng cản trở dịng điện R Kí hiệu điện trở Dây dẫn đồng chất: = ℓ 12 3/6/2022 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Điện trở a Trị số điện trở: Được ghi trực tiếp thân điện trở biểu thị vòng màu = ± Giá trị = (vòng 1)(vòng 2) x 10(vòng 3) Giá trị TB Sai số Giá trị = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10(vòng 4) 13 III ĐIỆN TRỞ Ví dụ: đọc giá trị điện trở sau: k  10% 22   5% 14 I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Điện trở b Công suất định mức: Là c/s tiêu tán tối đa điện trở mà khơng làm hư = = = - Được ghi trực tiếp thân điện trở - Phụ thuộc vào kích thước đtrở 15 3/6/2022 c Ghép điện trở * Ghép song song I R1 R2 + = + + = = + B Rtđ B + CĐDĐ tổng: = + + + + Điện trở tương đương: + Điện trở tương đương: Rtđ = R2 Rn + HĐT nhau: = = = = + CĐDĐ nhau: = I A B + HĐT tổng: = I2 A In B Rtđ I I Rn A A R1 I1 * Ghép nối tiếp Rtđ + + = + + + 16 II ĐỊNH LUẬT OHM ĐL Ohm đoạn mạch chứa điện trở A + I R B - = Ví dụ II.1 Người ta bị điện giật có dịng điện 40 mA chạy qua thể Điện trở thể người vào khoảng 1,0 kΩ Anh thợ điện với hai bàn tay đầy mồ làm việc an toàn với hiệu điện tối đa bao nhiêu? ĐS: 40 V 17 18 3/6/2022 19 20 21 3/6/2022 II ĐỊNH LUẬT OHM Ví dụ II.2 A+ -B R R2 M R3 I R5 R4 C Giải a R23 = R2 + R3 = 20  R45 = R4 + R5 = 30  R ⋅R RCD = = 12  R +R D N Rtd = R1 + RCD = 20  R1 = ; R2 = ; R3 = 14 ; R4 = 10 ; R5 = 20 ; UAB = 24 V a Tính Rtđ b Tính cđdđ qua R c Tính UAM; UAN; UMN b I = U = 1,2 A = I1 = ICD = I R U I =I = R = 14,4 V 14,4 = = 0,72 A 20 I = I = I − I = 0,48 A 22 II ĐỊNH LUẬT OHM ĐL Ohm mạch kín ,r - + I A = + B Rn * Hiện tượng đoản mạch: Khi Rn = ′= => CĐDĐ tăng 23 II ĐỊNH LUẬT OHM Ví dụ II.3 + A R1 R2 C Giải R = R + R = 50 Ω ,r M R4 B R R3 I D R1 = ; R2 = 30 ; R3 = 20 ; R4 = 50 ; r = ;  = 32 V Tính: Rtd; cường độ dịng điện qua điện trở; UAB, UAM, UBM R = R R = 25 Ω R +R =R +R = 30 Ω ξ 32 I =I= = =1A R + r 30 + U = I R = 25 V U I = = 0,5 A R U I =I = = 0,5 A R 24 3/6/2022 II ĐỊNH LUẬT OHM Ví dụ II.3 Giải ,r + - A R1 R2 B R3 M = I R U = UAC + UCM = I1 R1 + I2 R2 I = 30 V = 20 V D R4 C U = − UMB = −I3.R3 = −10 V U R1 = ; R2 = 30 ; R3 = 20 ; R4 = 50 ; r = ;  = 32 V Tính: Rtd; cường độ dịng điện qua điện trở; UAB, UAM, UBM 25 II ĐỊNH LUẬT OHM ĐL Ohm tổng quát =± ± Qui ước: Đi từ A đến B, gặp cực dương nguồn trước SĐĐ nguồn mang dấu +; chiều dòng điện nhánh CĐDĐ nhánh mang dấu +; Trái lại chúng mang dấu - ,r - + A R1 R2 C M Ví dụ B R3 I D R4 UAB = ? UBC = ? UDA = ? 26 II ĐỊNH LUẬT OHM Ví dụ II.4 1, r1 R + A A R2 Giải I= - ξ1 − ξ2 = 0,75 A R1 + R2 + r1 + r2 B v + 2, - U = ξ2 + I(R2 + r2) = 10,25 V r2 1 = 14 V, 2 = V, r1 = r2 = , R1 = ; R2 = ; RA = 0; Rv = ∞ Tính số ampe kế vôn kế 27 3/6/2022 III QUY TẮC KIRCHOFF Các khái niệm + Nhánh: Gồm phần tử mắc nối tiếp có dịng điện theo chiều + Nút mạng: Là nơi giao nhánh + Vịng kín: Tập hợp nhánh liền tạo thành vịng kín ,r R1 Ví dụ: Trong mạch điện hình vẽ bên, + có: N R B + Các nhánh: ANB, AB, AMB A R2 + Các nút: A, B + Các vịng kín: ANBA, ABMA, + M ,r ANBMA 28 III QUY TẮC KIRCHOFF Các quy tắc kirchoff a Quy tắc kirchoff thứ (áp dụng cho nút mạng) Tổng cđdđ dòng điện vào nút mạng tổng cđdđ dịng điện khỏi nút mạng = Ví dụ I2 I1 I +I = I +I +I I3 A I5 I4 29 III QUY TẮC KIRCHOFF b Quy tắc kirchoff thứ hai (áp dụng cho vịng kín) Tổng đại số hiệu điện hai đầu nhánh liên tiếp vịng kín ln = ị Ví dụ í + - N Vịng ANBA: UAN + UNB + UBA =  - I1R1 + ,r R1 I1 - I1r1 - IR = Vòng ABMA: UAB + UBM + UMA =  IR - R I A I2 R2 B ξ ,r + - M + I2r2 + I2R = 30 10 3/6/2022 III QUY TẮC KIRCHOFF Vận dụng quy tắc Kirchhoff để giải mạch điện: Các bước: B1: Giả sử chiều dòng điện nhánh, xác định số ẩn số N phải tìm B2: Nếu có m nút viết (m-1) pt cho nút [N-(m-1)] pt cho vịng kín B3: Giải hệ N phương trình biện luận kết (dịng âm có chiều ngược với chiều chọn hình vẽ) 31 III QUY TẮC KIRCHOFF Ví dụ III.1 Tính cường độ dịng điện nhánh sơ đồ sau Nguồn phát, nguồn thu? Biết =6 ; =3 ; = = Ω; = Ω ,r I1 Giải + Giả sử dịng điện có chiều hình vẽ I R I + I = I (1) (Nút A) A B −I r + ξ − IR = (2) (Vòng A BA) I2 + - IR − ξ + I r = (3) (Vòng AB 2A) ,r Giải (1), (2), (3) ta được: I = 2,4 A I = −0,6 A Chiều dịng I2 ngược với hình vẽ I = 1,8 A Nguồn thu điện, nguồn phát điện 32 III QUY TẮC KIRCHOFF Ví dụ III.2 Cho đoạn mạch hình vẽ: E1 = V, E2 = V, r1 = r2 = , R1 = R2 = , RA =  E2, r2 B A E1, r1 A b Thay ampe kế vơn kế có điện trở lớn vơn kế bao nhiêu? R2 R1 D a Tính số ampe kế UBD C 33 11 3/6/2022 Ví dụ III.3 E1 = V, E2 = V, r1 = r2 = , R1 = R2 = , RA =  a Tính số ampe kế UBD Giả sử dịng điện có chiều hình vẽ E2,r2 I2 B A I=I +I (1) I E − I R + r − IR = (2) I1 E1,r1 A R2 − E + I R + r + IR = (3) R1 Giải (1), (2), (3) ta được: C D I = 0,5 A I =1A I = 1,5 A = UBC + UCD = - I2R2+I1R1 = −2,5 V U 34 Ví dụ III.3 E1 = V, E2 = V, r1 = r2 = , R1 = R2 = , RV = ∞ b Thay ampe kế vơn kế Tính số vô kế E2, r2 E2, r2 A B E1, r1 V A R2 E1, r1 R2 R1 R1 C D I= U B I C D E2 − E1 R1 + R2 + r1 + r2 = 0,25 = + 0,25(1 + 5) = 4,5 V = E + I(r + R ) 35 IV CÔNG – CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN Mạch chứa máy thu Cơng cơng suất dịng điện đoạn mạch: R + - + I + ′, r’ - - I + ,r - - I P = UI = RI2 = = + = RI2.t P= = I + I2.r’ + r’ P = I – I2.r = – r 36 12 3/6/2022 IV CƠNG – CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN Định luật Joule – Lentz Nhiệt lượng tỏa đoạn mạch tỉ lệ với điện trở đoạn mạch, với thời gian dòng điện chạy qua với bình phương cường độ dịng điện R + - = I 37 IV CÔNG – CÔNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN Cơng suất, hiệu suất nguồn điện + I * Công suất nguồn (phát) điện: = ,r + - R * Hiệu suất nguồn (phát) điện: = = = < 100% = * ĐK để nguồn phát mạch ngồi c/s cực đại: Pmax = 38 IV CƠNG – CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN Ln có giá trị R mà c/s tiêu thụ mạch ngồi P Khi đó: + I ,r - + - R = P P O R1 r R2 R 39 13 3/6/2022 IV CÔNG – CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN Ví dụ IV.1 Cho mạch điện hình vẽ ξ = V; r = + I ; R =  a Tính cường độ dđ, cơng suất tiêu thụ R, c/s hiệu suất nguồn điện ,r - + - R b Thay R R’ thấy cơng suất mạch ngồi khơng đổi Tính R’ c Phải thay R = ? để nguồn phát cơng suất lớn nhất? Tính giá trị Pmax 40 Ví dụ IV.1  = V; r = ; R =  + I a Tính I, PR, P , H ξ =1A Cđdđ: I = R+r C/s tiêu thụ R: P = I R = = W + - ,r - R P = ξI = W R = 0,667 = 66,7% H/s nguồn: H = R+r b Thay R = R’ để PR = PR’ Tính R’ r =1Ω C/s không đổi: ⇔ R R′ = r ⇔ R = = R c Tính R để nguồn phát CS lớn Tính Pmax Để nguồn phát C/s lớn thì: C/s nguồn: R=r=2 Khi đó: Pmax = = 4,5 W 41 V GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU Ghép nối tiếp: , r0 ξ ,r , r0 + R I + - - R = = Ví dụ V.1: cục pin loại (3 V, 0,2 ) ghép nối tiếp tương đương với nguồn có sđđ điện trở bao nhiêu? ĐS: 15 V  42 14 3/6/2022 V GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU Ghép song song: , r0 ξ ,r + I + = - - = R R Ví dụ V.2: Ghép song song cục pin loại (6 V, ) tương đương với nguồn có SĐĐ điện trở bao nhiêu? ĐS: V 0,4  43 V GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU Ghép hỗn hợp đối xứng: m nguồn nối tiếp n dãy song song + I ξ ,r + - - = = = = R R Ví dụ V.3: Có cục pin loại (3 V; 1,5 ) Có cách ghép thành đối xứng? Tính SĐĐ điện trở nguồn tương đương cách ĐS: C1: dãy, dãy nguồn nt ξ = V r =  C2: dãy, dãy nguồn nt ξ = V r = 2,25  44 15