Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 4 th s đỗ quốc huy

Th.S Đỗ Quốc Huy BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Chương DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI MỤC TIÊU Sau học xong chương này, SV phải : – Nêu khái niệm cường độ, mật độ dòng điện – Vận dụng định luật Ohm, Kirchhoff để giải mạch điện – Tính cơng suất dịng điện, nguồn điện NỘI DUNG I – Các khái niệm dòng điện II – Định luật Ohm III – Định luật Kirchhoff IV – Công, công suất dịng điện V – Cơng suất, hiệu suất nguồn điện VI – Ghép nguồn điện giống I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: – Dòng điện, chiều dòng điện: Dòng điện: dịng chuyển dời có hướng điện tích Chiều dòng điện: qui ước chiều chuyển động điện tích dương – Cường độ dịng điện: I  dq DĐKĐ q I t – Mật độ dòng điện: j  dI p/b I j Sn dt dSn S Sn + + + dSn   j  noq v I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DỊNG ĐIỆN: Ví dụ 1: Mỗi giây có 2.1018 ion dương hóa trị 4.1018 electron chạy qua đèn ống có đường kính tiết diện d = 2,0cm Tính cường độ dịng điện trị số trung bình mật độ dịng điện j qua đèn Giải q q  q I  t t 2.1018.2.1, 6.1019  4.1018.1, 6.1019   1, 28A I I 4I 4.1, 28 j     4, 08.10 A / m Sn d / d 3,14.(0, 02) I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DỊNG ĐIỆN: Ví dụ 2: Một dây chì có tiết diện S = 2mm2, có dịng điện 5A chạy qua Tính mật độ dịng điện qua dây chì Dây chì chịu dịng điện tối đa bao nhiêu, mật độ dòng cho phép 450A/cm2? Một động điện có giới hạn dịng 18A phải dùng dây chì có đường kính tiết diện để bảo vệ động cơ? Giải I j    2,5 (A / mm ) S I max d  jmax S  jmax d Imax  jmax S  4,5.2  9A 4I max 4.18   2, 26mm .jmax 3,14.4,5 I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: – Nguồn điện, suất điện động: Nguồn điện: cấu để trì dịng điện , r + - Pum X Suất điện động nguồn điện: đặc trưng cho khả Làm để sinh cơng củaduy nguồn điện, đo trì dịng bằng: điện lâu dài? *  X A   q *   E d 2cuc II – ĐỊNH LUẬT OHM: – Đối với mạch điện trở: I Dạng vi phân: R + U I  kU  R  R  S   0 (1  t)     j  E - Ghép nối tiếp n Rt  R i i 1 I  Ii n U U Ghép song song  Rt n Ri  I  I i 1 n i i 1 i U  Ui i 1 NX: ghép nt Rt tăng; ghép // Rt giảm nhánh // thì: R 1R Rt  R1  R II – ĐỊNH LUẬT OHM: – Đối với mạch điện trở: Ví dụ: cho đoạn mạch hình vẽ + - A R1 R2 C M R3 R5 R4 I D N R1 = 8; R2 = 6; R3 = 14; R4 = 10; R5 = 20; UAB = 24V a) Tính Rtđ b) Tính cđdđ qua R c) Tính UAM; UAN; UMN B Giải R 23  R  R  20 R 45  R  R  30 R 23 R 45 R 2345   12 R 23  R 45 R td  R1  R 2345  20 U AB I1  I   1, 2A R td U CD  I.R 2345  14, 4V U CD 14, I  I3    0, 72A R 23 20 I  I5  I  I  0, 48A II – ĐỊNH LUẬT OHM: – Đối với mạch điện kín: , r + - Ví dụ: + A , r R1 R2 I R  I Rr C M R4 B R3 I D R1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; R4 = 50; r = 2;  = 32V Tính cuờng độ dịng điện qua điện trở III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: I1 + I 1 , r1 - R A Ad định luật K1: Nút A: + B Mắt (1): 1  I1r1  IR    I1  2I  (2) - Mắt (2): 2  I2 r2  IR  2 , r2 Giải (1), (2), (3) ta được: I1  2, 4A  I  0, 6A I  1,8A  (1) Ad định luật K2: I2 I1  I  I  3  I  2I  (3) Chiều dịng I2 ngược với hình vẽ Nguồn thu điện, nguồn phát điện IV – CƠNG, CƠNG SUẤT CỦA DĐ: – Cơng dịng điện đoạn mạch: R + - A  qU  UIt – Định luật Joule - Lenz: Q  I Rt – Công suất dòng điện đoạn mạch: A P   UI t +  ', r I + - Mạch có R Mạch có máy thu - U PI R R 2 P  'I  I r V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: – Công suất nguồn điện: – Hiệu suất nguồn điện: Pn  I + I , r + P U R H   Pn  R  r - - R – ĐK để nguồn phát mạch c/s cực đại: 2  R  P  I2 R   (R  r) 4r Pmax  Rr  4r Lưu ý: Ln có giá trị R tiêu thụ c/s P < Pmax : R 1R  r V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: P  4r + , r I + R P O R1 r - R2 R Tóm lại: Khi R  r Pmax   4r Khi R 1R  r P1  P2  Pmax - V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: , r Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ  = 6V; r = 2; R =  a) Tính cường độ dđ, cơng suất tiêu thụ R, c/s hiệu suất nguồn điện b) Thay 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 + I + - R - VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: – Ghép nối tiếp: + R  b  n rb  nr0 , r I + - - R Ví dụ: cục pin loại (3V, 0,2) ghép nối tiếp tương đương với nguồn có SĐĐ điện trở bao nhiêu? ĐS: 15V 1 VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: – Ghép song song: + I , r + - - R R b  0 r0 rb  n Ví dụ: cục pin loại (6V, 2) ghép song song tương đương với nguồn có SĐĐ điện trở bao nhiêu? ĐS: 6V 0,4 VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: – Ghép hỗn hợp đối xứng: m nguồn nối tiếp   n dãy   song   song  R b  1day  m0 r1day mr0 rb   soday n + I , r + - - R Ví dụ: cục pin loại (3V; 1,5) có cách ghép thành đối xứng? Tính SĐĐ điện trở nguồn tương đương cách VII – MẠCH TAM GIÁC - SAO: A RC A rA  RB rB RA B C R AB/   R AB/Y  R AC/   R AC/ Y R  BC/   R BC/ Y o B  (R A  R B )R C  rA  rB  RA  RB  RC  (R A  R C )R B   rA  rC RA  RB  RC  (R B  R C )R A  rB  rC  RA  RB  RC rC C VII – MẠCH TAM GIÁC - SAO: A RC A rA  RB rB RA B C B o rC C Ví dụ: RA = 5, RB = 2, RC = 3  R B R C rA  rA = 0,6; rB = 1,5, rC = 1 R  R  R A B C   RA  RB  RC  R R A R C R rA  rB  rC  rB  RA  RB  RC   R A R B rC  RA  RB  RC  VIII – MẠCH CẦU: R1 R2 M TH1: B A + - R5 Khi đó: I5 = VM = VN M R2 A R4 R3 chập M với N bỏ R5 N + (CẦU CÂN BẰNG) R4 R3 R1 R1 R  R3 R4 R2 R1 B A - + B M R3 N R4 N Ví dụ: có điện trở R ghép thành mạch cầu Tính Rtđ ĐS: Rtđ = R - VIII – MẠCH CẦU: R1 R2 M TH2: B A + Ví dụ: R4 R3 R1 + M R2 A B R5 rA B R5 + - R4 rN N R4 R3 N R2 rM N M A (CẦU CÂN BẰNG) Biến đổi mạch  → Y - R5 R1 R  R3 R4 ĐS: Rtđ = R = 130 K R6 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R =130 Tính Rtđ K mở K đóng 11R R td   110 13 VIII – MẠCH CẦU: Ứng dụng: đo điện trở cầu Wheastone: RX Rx: điện trở cần đo R0 R0: điện trở chuẩn, biết G A C I + - B Di/c chạy C đến điện kế G số Khi cầu cân Ta có tỉ số: , r R AC R0 RX  RX  R0  R BC R AC R BC AC Vậy: R X  R BC Ví dụ: AB = 100cm; AC = 25cm; R0 = 90 Tính RX ĐS: RX = 30 VIII – MẠCH CẦU: VÍ DỤ: Các điện trở R = 120 Tính Rtđ dđ: A B A B O 1 D C D a) Vào A C R AC  2R R AB  8R 15 a) Vào A C R AC  R b) Vào A B R AB  b) Vào A B c) Vào B D R BD c) Vào A O 5R R  C R AO 7R  15 BÀI TẬP VÍ DỤ: Cho đoạn mạch hình vẽ: E1 = 3V, E2 = 6V, r1 = r2 = 1, R1 = R2 = 5, RA = 0 I1 A E1, r1 E2, r2 B I I2 A b) Thay ampe kế vôn kế có điện trở lớn vơn kế bao nhiêu? R2 R1 D a) Tính số ampe kế UBD C c) Đảo cực nguồn E2 tìm lại kết câu a b