tài liệu tự học vật lí 11 nâng cao- chi tiết dễ hiểu (lí thuyết và bài tập)

Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính.. Ví dụ 1 Một êlectron di chuyển được đoạn đường 1 cm, dọc theo đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện trong một đi

THUYẾT ÊLECTRON ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I THUYẾT ÊLECTRON

1 Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện Điện tích nguyên tố

Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện tích dương (+) nằm ở trung tâm và các êlectron mang điện âm chuyển động xung quanh hạt nhân(gồm hạt nơtron và hạt prôtôn)

Điện tích Khối lượng

Hạt nơtron Không mang điện tích  -27

n p

m m =1,67.10 kg

Hạt prôtôn Mang điện tích dương (+1,6.10-19 C) m =1,67.10p -27 kg

Hạt êlectron Mang điện tích âm (-1,6.10-19 C) e

2 Thuyết êlectron

Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các hiện tượng điện

và các tính chất điện của các vật gọi là thuyết êlectron

Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác Nguyên tử

trung hòa bị mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương

Nguyên tử trung hòa nhận thêm một số êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện âm

gọi là ion âm

Vật nhiễm điện âm là vật thừa êlectron (N e > Np); vật nhiễm điện dương là vật thiếu

êlectron (Ne < Np)

Độ lớn điện tích một vật: q =Ne

II VẬN DỤNG

1 Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện

Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có nhiều điện tích tự do

Ví dụ: Kim loại có chứa nhiều e tự do; các dung dịch axit, bazơ, muối… có chứa nhiều

Khi cho thanh thủy tinh cọ xát với lụa thì số điểm tiếp xúc chặt chẽ tăng lên rất lớn Do đó

số e di chuyển từ thủy tinh sang lụa cũng tăng lên

 Thanh thủy tinh nhiễm điện dương, mảnh lụa nhiễm điện âm

3 Nhiễm điện do tiếp xúc

Thanh kim loại trung hòa điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện âm

 Thanh kim loại nhiễm điện âm

Giải thích:

Một phần trong số e thừa ở quả cầu di chuyển sang thanh kim loại

 Thanh kim loại cũng thừa e

 Thanh kim loại nhiễm điện âm

Thanh kim loại trung hòa điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện dương

 Thanh kim loại nhiễm điện dương

Giải thích:

Một số e tự do từ thanh kim loại sẽ di chuyển sang quả cầu

 Thanh kim loại thiếu e

 Thanh kim loại nhiễm điện dương

4 Nhiễm điện do hưởng ứng

Thanh kim loại trung hòa điện được đặt gần quả cầu nhiễm điện âm

 Đầu thanh kim loại gần quả cầu nhiễm điện dương, đầu xa quả cầu nhiễm điện âm

Giải thích:

Các e tự do trong thanh kim loại bị đẩy ra xa quả cầu

 Đầu thanh kim loại ở xa quả cầu thừa e nên nhiễm điện âm; đầu thanh kim loại ở

gần quả cầu thiếu e nên nhiễm điện dương

Thanh kim loại trung hòa điện được đặt gần quả cầu nhiễm điện dương

 Đầu thanh kim loại gần quả cầu nhiễm điện âm, đầu xa quả cầu nhiễm điện dương

Giải thích:

Các e tự do trong thanh kim loại bị hút lại gần quả cầu

 Đầu thanh kim loại ở gần quả cầu thừa e nên nhiễm điện âm; đầu thanh kim loại ở

xa quả cầu thiếu e nên nhiễm điện dương

III ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Hệ vật cô lập về điện là hệ vật không có trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích của hệ là không đổi

Ví dụ 1

Hai quả cầu nhỏ giống nhau mang điện tích q1 = 2.10-5 C, q2 = - 8.10-5 C

Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau, xác định điện tích mỗi quả cầu sau khi tiếp xúc

Ví dụ 2

Có ba quả cầu kim loại nhỏ giống nhau Các quả cầu mang điện tích lần lượt là:

q1 = 8,4.10-6 C, q2 = 136.10-7 C, q3 = -0,157.10-4 C Cho ba quả cầu đồng thời

tiếp xúc nhau, sau đó lại tách chúng ra Xác định điện tích mỗi quả cầu sau khi

tiếp xúc

ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

1 SỰ NHIỄM ĐIỆN CỦA CÁC VẬT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM TƯƠNG TÁC ĐIỆN

a Sự nhiễm điện của các vật

Nhiễm điện do cọ xát

Nhiễm điện do tiếp xúc

Nhiễm điện do hưởng ứng

b Điện tích điểm

Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà

ta xét

c Tương tác điện

Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau

Các điện tích khác loại (khác dấu) thì hút nhau

2 ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI

a Định luật Cu-Lông

Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với

đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích

và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Trong đó: F: lực tương tác giữa hai điện tích (N)

q1, q2: giá trị các điện tích điểm (C) r: khoảng cách giữa các điện tích điểm (m) k: hệ số tỉ lệ (N.m/ C2)

Biểu diễn lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Điểm đặt: trên điện tích điểm

Phương: nằm trên đường thẳng nối hai điện tích

Chiều: Hướng ra xa điện tích nếu hai điện tích cùng dấu Hướng lại gần điện tích nếu

hai điện tích đó trái dấu

Từ các công thức xác định lực hấp dẫn và lực Cu-lông cho thấy giữa hai lực đó có gì

giống nhau, có gì khác nhau?

Ví dụ 2

Hai điện tích q1 = 2.10-8 C; q2 = -10-8 C, đặt cách nhau 20 cm trong chân không

Xác định độ lớn và vẽ hình lực tương tác giữa chúng?

Ví dụ 3

Hai quả cầu nhỏ tích điện có độ lớn bằng nhau, đặt cách nhau 5 cm trong chân

không thì hút nhau bằng một lực 0,9 N Xác định điện tích của hai quả cầu đó

b Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính Hằng số

điện môi

Điện môi là môi trường cách điện

Đại lượng  chỉ phụ thuộc vào tính chất của điện môi gọi là hằng số điện môi

Ví dụ 4

Hai điện tích có độ lớn bằng nhau, đặt cách nhau 25 cm trong điện môi có hằng số

điện môi bằng 2 thì lực tương tác giữa chúng là 6,48.10-3 N

BÀI TẬP ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

I DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN LỰC TƯƠNG TÁC

GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH ĐIỂM ĐỨNG YÊN

Áp dụng công thức:

Ta có thể áp dụng định luật bảo toàn điện tích: q +q + +q1 2 n = hằng số

Khi chạm tay vào quả cầu nhỏ đã tích điện thì quả cầu mất điện tích và trở thành

trung hòa

Bài 1.1

Hai quả cầu mang điện tích dương q1 = 2q2, đặt tại A và B trong không khí

(AB = 10 cm) Chúng đẩy nhau một lực 72.10-5 N

a Tính điện tích mỗi quả cầu

b Nhúng hệ thống vào trong dầu có  = 4, muốn lực tương tác điện giữa hai

quả cầu vẫn là 72.10-5 N thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu?

Bài 1.2

Hai quả cầu nhỏ giống hệt nhau lần lượt mang các điện tích q1 = 3.10- 6 C,

q2 = 10- 6 C Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi tách ra và đặt trong chân không

cách nhau 5 cm Tính:

a Điện tích mỗi quả cầu sau khi tiếp xúc

b Lực tương tác giữa hai quả cầu sau khi tiếp xúc

II DẠNG 2: XÁC ĐỊNH LỰC TỔNG HỢP TÁC DỤNG LÊN MỘT ĐIỆN TÍCH

Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích q: F =F +F + 1 2

F có thể được xác định theo hai cách sau:

Cách 1: Cộng lần lượt hai vectơ theo quy tắc cộng hình học

Bài 2

Cho hai điện tích q1 = 8.10- 8 C, q2 = - 8.10- 8 C đặt tại A, B trong không khí

(AB = 6 cm) Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8 C đặt tại C Nếu:

a CA = 4 cm, CB = 2 cm

b CA = 4 cm, CB = 10 cm

c CA = CB = 6 cm

III DẠNG 3: KHẢO SÁT SỰ CÂN BẰNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH

Khi một điện tích cân bằng đứng yên thì lực tổng tác dụng lên điện tích thỏa điều kiện:

F =F +F + =0

Bài 3.1

Đặt hai điện tích q1 = 2.10-8 C, q2 = -8.10-8 C tại hai điểm A, B cách nhau một đoạn

8 cm trong không khí Một điện tích q3 đặt tại C Hỏi C ở đâu để q3 nằm cân bằng?

Bài 3.2

Hai quả cầu nhỏ giống nhau cùng khối lượng 2,5 g, mang điện tích q = 5.10-7 C

được treo tại cùng một điểm bằng hai sợi dây mảnh cách điện Do lực đẩy tĩnh điện,

hai quả cầu tách ra xa nhau một đoạn a = 60 cm Xác định góc lệch của các sợi dây

Đặt hai điện tích q1 = - 4.10-8 C; q2 = - 32.10-8 C tại hai điểm A, B cách nhau một

đoạn 12 cm trong không khí Một điện tích q3 đặt tại C Xác định vị trí điểm C sao

F F

F = k F

ĐIỆN TRƯỜNG (Phần 1)

1 ĐIỆN TRƯỜNG

Môi trường truyền tương tác điện

Môi trường truyền tương tác giữa các điện tích gọi là điện trường

Điện trường

Điện trường là một dạng vật chất bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích

Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó

2 CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

Khái niệm cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của

điện trường tại điểm đó

Định nghĩa

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho khả năng tác dụng lực

của điện trường tại điểm đó Nó được xác định bởi thương số của độ lớn lực điện F tác

dụng lên điện tích q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q

Biểu thức: E F

q

= Đơn vị cường độ điện trường: V/ m.

Vectơ cường độ điện trường

F E q

=

q > 0: E cùng phương, cùng chiều với F

q < 0: E cùng phương, ngược chiều với F

Vectơ cường độ điện trường gây bởi một điện tích điểm có:

Điểm đặt tại điểm ta xét

Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét

Chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu

Tại hai điểm A và B cách nhau 5 cm trong chân không có hai điện tích

q1 = 16.10-8 C và q2 = -9.10-8 C Tính cường độ điện trường tổng hợp và vẽ

vectơ cường độ điện trường tại điểm C nằm cách A một khoảng 4 cm và cách B

một khoảng 3 cm

Ví dụ 2:

Tại hai điểm A và B cách nhau 5 cm trong chân không có hai điện tích

q1 = 16.10-8 C và q2 = -9.10-8 C Tính cường độ điện trường tổng hợp và vẽ

vectơ cường độ điện trường tại điểm C nằm cách A một khoảng 4 cm và cách B

một khoảng 3 cm

3 ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

Định nghĩa đường sức điện

Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cường

độ điện trường tại điểm đó Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực điện tác

dụng dọc theo nó

Hình dạng đường sức của một số điện trường

Các đặc điểm của đường sức điện

Đường sức điện là những đường có hướng Hướng của đường sức điện tại một

điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó

Đường sức điện là những đường không khép kín Nó đi ra từ điện tích dương và

kết thúc ở điện tích âm

Trong trường hợp chỉ có một điện tích thì các đường sức đi từ điện tích dương ra

vô cực hoặc đi từ vô cực đến điện tích âm

Qui ước vẽ đường sức mau (dày) ở nơi có điện trường mạnh, vẽ đường sức thưa

ở nơi có điện trường yếu

Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều

có cùng phương chiều và độ lớn

Đường sức điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều

q = 8.10 C- tại O trong chân không

a Xác định cường độ điện trường tại M cách O một khoảng 30 cm

b Nếu đặt điện tích q2 = - q1 tại M thì nó chịu lực tác dụng như thế nào?

II DẠNG 2: XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP

Phương pháp

Xác định các vectơ cường độ điện trường thành phần gây ra tại M

Cường độ điện trường tổng hợp tại M: E M = E 1 + E 2 +

E M có thể xác định theo một trong hai cách sau:

Cách 1: Cộng lần lượt hai vectơ theo quy tắc cộng hình học

Nếu E , E 1 2 cùng phương

Cùng chiều: E = E1 + E2

Ngược chiều: E = E1 – E2

E = E + E Cùng độ lớn và hợp với nhau một góc 

Cho hai điện tích q1 = 4.10-10 C, q2 = -4.10-10 C đặt tại A, B trong không khí

(AB = 2 cm) Xác định vectơ cường độ điện trường tổng hợp tại các điểm sau Với

H là trung điểm của AB Với M cách A 1 cm, cách B 3 cm Với N hợp với A, B

thành tam giác đều

Bài tập 2.2

Một điện tích q 2,5 C =  được đặt tại điểm M Điện trường tại M có hai thành

phần Ex = 6.10 V / m, E3 y = - 6 3.10 V / m3 Hỏi:

a góc hợp bởi vectơ lực tác dụng lên điện tích q và trục Oy?

b độ lớn của lực tác dụng lên điện tích q?

III DẠNG 3: ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRIỆT TIÊU ĐIỆN TÍCH CÂN BẰNG

TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Phương pháp

Tại vị trí điện trường tổng hợp triệt tiêu ta có:

E = E + E + = 0

Vật tích điện cân bằng trong điện trường có hợp lực tác dụng triệt tiêu:

Quả cầu có khối lượng 0,025 g mang điện tích q = 2,5.10-10 C được treo vào sợi

dây mảnh cách điện, đặt trong điện trường đều có phương ngang E = 106 V/ m

Tính góc lệch dây treo so với phương thẳng đứng

CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

1 CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

Kết luận:

Công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M

đến N là AMN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ

thuộc vào vị trí đầu M và vị trí cuối N của đường đi

Trong điện trường bất kì công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích

cũng không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị

trí cuối do đó trường tĩnh điện là một trường thế

Ví dụ 1

Một êlectron di chuyển được đoạn đường 1 cm, dọc theo đường sức điện, dưới

tác dụng của lực điện trong một điện trường đều có cường độ điện trường

E = 1000 V/ m Công của lực điện bằng bao nhiêu?

2 HIỆU ĐIỆN THẾ

Điện thế

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là một đại lượng đặc trưng cho điện

trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q Nó được

xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên q khi dịch chuyển từ

M ra xa vô cực và độ lớn của q

M M

A V

q



= (VM là điện thế tại M)

Đơn vị của điện thế là vôn (V)

Điện thế là đại lượng đại số

Điện thế của đất và điện thế của một điểm ở vô cực thường được lấy bằng 0

q

=

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường

Đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự dịch chuyển của một

điện tích từ M đến N

Được xác định bằng thương số

MN MN

A U

q

=

Đơn vị hiệu điện thế là vôn (V)

Đo hiệu điện thế bằng tĩnh điện kế

Ví dụ 2

Tính công của lực điện tác dụng lên êlectron khi nó chuyển động từ M đến N

Biết hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là UMN = 50 V

Ví dụ 3

Công của lực điện trường làm di chuyển một điện tích giữa hai điểm M, N cách

nhau 2 cm, hiệu điện thế UMN = 2000 V là A = 1 J

a Độ lớn của điện tích đó là bao nhiêu?

b Tính cường độ điện trường giữa hai điểm M, N

BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ ĐIỆN TRƯỜNG

I DẠNG 1: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN, ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

PHƯƠNG PHÁP

Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị

trí đầu M và vị trí cuối N của đường đi

d

=

Điện thế gây bởi một điện tích điểm tại một điểm M cách nó một khoảng r:

9 M

k.q 9.10 q V

Ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông tại C; AC = 4 cm; BC = 3 cm nằm trong

điện trường đều song song với AC, hướng từ A đến C và có độ lớn E = 5000 V/ m

Tính công của lực điện trường khi điện tích di chuyển từ O đến M theo quỹ đạo là

nửa đường tròn đường kính OM

II DẠNG 2: CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG

PHƯƠNG PHÁP

Trường hợp điện tích chuyển động dọc theo phương của điện trường

Cách 1: Điện tích chuyển động biến đổi đều ta áp dụng công thức

Một êlectron có vận tốc ban đầu v0 = 3.106 m/ s chuyển động dọc theo chiều đường

sức của một điện trường có cường độ điện trường E = 1250 V/ m Êlectron dịch

chuyển được quãng đường bao nhiêu thì dừng hẳn? Bỏ qua tác dụng của trọng

trường

Bài tập 2.2

Một êlectron được bắn với vận tốc đầu 2.106 m/ s vào một điện trường đều theo

phương vuông góc với các đường sức điện Cường độ điện trường là 100 V/ m Tính

vận tốc của êlectron khi nó chuyển động được 10–7 s trong điện trường Điện tích

của êlectron là –1,6.10–19 C; khối lượng của êlectron là 9,1.10–31 kg

TỤ ĐIỆN

I TỤ ĐIỆN

Tụ điện dùng để tích và phóng điện trong mạch điện

Tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại đặt song song với nhau và ngăn cản với nhau

bằng một lớp điện môi

Để tích điện cho tụ điện, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện Bản

nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm

Điện tích của tụ điện: Điện tích của bản dương (+Q)

II ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN

Đơn vị điện dung

Điện dung có đơn vị là fara (F)

Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế

1 V thì nó tích được điện tích 1 C

Các ước của fara (F):

Điện dung của tụ điện (C) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của

tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định Nó được xác định bằng thương số của điện

tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó Biểu thức:

Q C U

=

-

-=

=

3 9

1 mF 10 F

1 nF 10 F

-

-=

=

6 12

1 F 10 F

1 pF 10 F



Điện dung của tụ điện phẳng:

= +

Năng lượng của tụ điện

Khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng, đó là

năng lượng điện trường của tụ điện Công thức tính năng lượng điện trường của tụ

Một tụ điện phẳng có điện dung 200 pF được tích điện dưới hiệu điện thế 40 V

Khoảng cách giữa hai bản là 0,2 mm

a Tính điện tích của tụ điện

b Tính cường độ điện trường trong tụ điện

Ví dụ 2

Một tụ điện phẳng có điện dung 200 pF được tích điện dưới hiệu điện thế 40 V

Tính năng lượng của tụ điện

Ví dụ 3

Một tụ điện phẳng, hai bản hình tròn, đường kính 20 cm, điện môi là không khí

Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm Nối hai bản với một hiệu điện thế 100 V

a) Tính điện dung của tụ điện

b) Tính điện tích của tụ điện

Ví dụ 4

Có hai tụ điện: C1 = 300 nF và C2 = 600 nF Lần lượt ghép song song và nối tiếp

hai tụ điện này với nhau để được hai bộ tụ điện So sánh điện dung tương

đương của hai bộ tụ điện đó

DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN

I DÒNG ĐIỆN

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt điện tích

Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương

Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian

Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn điện

Tác dụng của dòng điện một chiều: tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng quang, tác

dụng sinh lí, tác dụng hóa học

II CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện

Nó được xác định bằng thương số của điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳng

của vật dẫn trong khoảng thời gian t nào đó và khoảng thời gian đó

q I t







Ví dụ 1

Trong thời gian 2 s có một điện lượng 1,5 C dịch chuyển qua tiết diện thẳng của

dây tóc bóng đèn Tính cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn

Ví dụ 2

Một điện lượng 6 mC dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn Cường độ

dòng điện qua dây là 3 mA Tìm thời gian điện lượng dịch chuyển

I: Cường độ dòng điện (A);

: điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng trong thời gian (C);

: thởi gian (s)

Trong đó:

III NGUỒN ĐIỆN SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN

Nguồn điện duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

Suất điện động E của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công

của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch

chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó

A E q



E: suất điện động của nguồn (V);

A: công của lực lạ (J);

q: điện tích dương dịch chuyển (C)

Điều kiện để có dòng điện

Phải có hạt mang điện tự do

Phải có một điện trường hay một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn

Ví dụ 3

tích -2Lực lạ thực hiện một công 84 mJ khi dịch chuyển một lượng điện C

giữa hai cực bên trong một nguồn điện Tính suất điện động của nguồn điện này

Trong đó:

ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN

I CÔNG SUẤT ĐIỆN CỦA MỘT ĐOẠN MẠCH

Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó

A

t

II CÔNG SUẤT TỎA NHIỆT CỦA VẬT DẪN CÓ DÕNG ĐIỆN CHẠY QUA

Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian

2Q

t

Ví dụ 1 Mắc một bóng đèn loại (220 V – 40 W) vào mạng điện có hiệu điện thế 110 V thì công suất của bóng đèn bằng bao nhiêu?

Ví dụ 2 Một bếp điện có công suất tiêu thụ là 1,5 kW khi hoạt động ở hiệu điện thế 220 V Nếu để bếp điện này hoạt động ở hiệu điện thế 110 V thì công suất tiêu thụ của bếp điện lúc này là bao nhiêu?

III ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ

Nhiệt lượng toả ra ở một vật dẫn tỷ lệ thuật với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó

Q = I2Rt

Q: nhiệt lượng toả ra trên vật dẫn (J);

R: điện trở vật dẫn ();

I: cường độ dòng điện (A);

t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

IV CÔNG CỦA NGUỒN ĐIỆN

Công của nguồn điện bằng công của lực lạ bên trong nguồn điện

Ang = Eq = EIt

Ang: công của nguồn điện (J);

E: suất điện động của nguồn điện (V);

I: cường độ dòng điện chạy trong toàn mạch (A);

t: thời gian dòng điện chạy trong toàn mạch (s)

Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ của toàn mạch

V CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN

Công suất Png của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện

ng ng

A

t

Png: công suất của nguồn điện (W);

E: suất điện động của nguồn điện (V);

I: cường độ dòng điện chạy trong toàn mạch (A)

Công suất của nguồn bằng công suất tiêu thụ của toàn mạch

Trong đó:

Trong đó:

Trong đó:

Ví dụ 3 Dòng điện chạy qua một tủ lạnh có cường độ 1,5 A Hiệu điện thế sử dụng cho tủ lạnh là 220 V

Tính công suất của tủ lạnh và điện năng tiêu thụ bởi tủ lạnh trong thời gian 2 giờ

Ví dụ 4 Một nguồn điện có suất điện động là 12 V Khi mắc nguồn này với một bóng đèn để thành mạch kín thì nó cung cấp một dòng điện có cường độ 0,8 A Tính công của nguồn điện này sản ra trong thời gian 15 phút và tính công suất của nguồn điện đó

ĐỊNH LUẬT OHM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

I ĐỊNH LUẬT OHM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện

và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó

N

E I

điện trở trong tiếp thì cường độ dòng điện chạy trong mạch

I1 = 0,5 A Khi R1 và R2 mắc song song thì cường độ dòng điện trong mạch là I2 = 1,8 A

Tính giá trị E và r

Ví dụ 2 Một pin có số ghi trên vỏ là 1,5 V và có điện trở trong là

1  Mắc một bóng đèn có điện trở R = 4  vào hai cực của pin này để thành mạch kín Tính cường độ dòng điện chạy

a qua đèn và hiệu điện thế giữ hai đầu của nó

II HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN

Công của nguồn điện: Ang= EIt

: Acó ích = UIt

Điện năng tiêu thụ của mạch ngoài

Hiệu suất của nguồn điện: có ích

I: cừơng độ dòng điện (A);

E: suất điện động của nguồn điện (V);

RN: điện trở mạch ngoài ( );

r: điện trở trong của nguồn ( )

Trong đó:

Ví dụ 3 Nguồn điện có suất điện động 3 V điện trở trong 0,5 Ω Mạch ngoài mắc theo sơ đồ (R1 song song R2) nối tiếp R3, trong đó R1 = 6 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 1,5 Ω Tính công suất nhiệt tỏa ra trên toàn mạch và hiệu suất của nguồn

III HIỆN TƯỢNG ĐOẢN MẠCH

Là hiện tượng xảy ra khi điện trở mạch ngoài không đáng kể (RN=0), nghĩa là khi nối hai cực của nguồn điện bằng một dây dẫn có điện trở nhỏ, khi đó dòng điện qua mạch rất lớn và có hại

sau

Để phòng tránh hiện tượng đoản mạch, ta lắp đặt cầu chì ở nguồn điện tổng và

n trước các bộ phận của mạch điện, mạng điệ cần được bảo vệ như các thiết bị điện

GHÉP NGUỒN ĐIỆN

1 Định luật Ohm cho đoạn mạch có chứa nguồn điện

AB

E U I

3 Bộ nguồn song song

Nếu có m nguồn giống nhau mỗi nguồn có suất điện động E và điện trở trong r ghép song

song thì:

Eb = E rb = r

m

4 Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng

Nếu có các nguồn giống nhau mỗi cái có suất điện động E và điện trở trong r ghép thành n

dãy, mỗi dãy có m nguồn thì:

Eb = mE rb = mr

n

GIẢI TOÁN VỀ DÕNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI (phần 1)

I NHỮNG LƯU Ý TRONG PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1 Bộ nguồn nối tiếp



4 Các công thức của điện trở mạch ngoài

a Đoạn mạch gồm các điện trỏ mắc nối tiếp

Cường độ dòng điện chạy qua mạch có giá trị như nhau tại mọi điểm:

b Đoạn mạch gồm các điện trở mắc song song

Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện chạy qua các mạch rẽ:

R R R



 nếu chỉ có 2 điện trở mắc song song)

5 Định luật Ohm cho đoạn mạch

Mạch chỉ có chứa điện trở: I U

R

Mạch chứa nguồn điện: U = E – Ir

6 Định luật Ohm đối với toàn mạch

Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỷ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó

N

E I





7 Công và công suất của nguồn

Công của nguồn điện: Ang = EIt

Công suất nguồn: Png = EI

Điện năng tiêu thụ trên toàn mạch: A = UIt

Công suất điện: P = UI = I2R =

2

U R

Bài tập vận dụng

Bài tập 1 Một mạch điện có sơ đồ như hình bên, trong đó

ng E = 6 V, nguồn điện có suất điện độ và có điện trở trong r = 2 , các điện trở R1 = 5 , R2 = 10 

và R3 = 3 

a Tính điện trở RN của mạch ngoài

b Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn điện và hiệu điện thế mạch ngoài U

Tính hiệ điện u thế U1 giữa hai đầu điện trở R1

Bài tập 2 Cho mạch điện như hình vẽ Suất điện động E = 12 V, điện trở trong r = 1 ; R 1 = 3, R2 = 6 , R3 = 12 

a Tính điện trở tương đương của mạch ngoài

b Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

c Tính nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài trong 10 phút

Bài tập 3 Cho mạch điện như hình vẽ Hai nguồn điện giống hệt nhau, mỗi nguồn có suất điện động E = 9 V và

trong r = 0,5  R1 = 4 , R2 = 6 , biến trở điện trở

R3 Ampe kế và dây dẫn có điện trở rất nhỏ không

ến trở có giá trị R3 = 40 .đáng kể Điều chỉnh bi

a Tính điện trở mạch ngoài

b Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính

trên R1 và công suất bộ nguồn

d Tìm hiệu suất của bộ nguồn

II MẠCH ĐIỆN CÓ BÓNG ĐÈN

Trong mạch điện, ta xem bóng đèn dây tóc có tác dụng như một điện trở

Điện trở bóng đèn được tính theo công thức:

2 đm đ đm

URP



Cường độ dòng điện định mức: đm

đm đm

P I U



Đề hỏi đèn sáng như thế nào?

Dựa vào mạch điện tìm cường độ dòng điện qua đèn hoặc hiệu điện thế giữa 2 đầu bóng

đèn rồi so sánh với giá trị định mức:

Nếu Iđ < Iđm : Đèn sáng yếu

Nếu Iđ > Iđm : Đèn sáng quá (dễ hỏng) Nếu Iđ = Iđm : Đèn sáng bình thường

Điều kiện để đèn sáng bình thường?

Iđ = Iđm

Uđ = Uđm

Bài tập vận dụng

Bài tập 1 Một mạch điện có sơ đồ như hình bên, trong đó nguồn

n điệ có suất điện động 12,5 V và có điện trở trong r = 0,4 , bóng đèn Đ1 có ghi số 12 V – 6 W; bóng đèn Đ2loại 6 V – 4,5 W, Rb là một biến trở Chứng tỏ rằng khi điều chỉnh biến trở Rb có trị số 8  thì các đèn Đ1 và Đ2sáng bình thường

Bài tập 2

Có tám nguồn điện cùng suất điện động E = 1,5 V và điện trở trong r = 1  Mắc các nguồn này thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6 V – 6 W Coi rằng bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường

a Vẽ sơ đồ mạch điện kín gồm bộ nguồn và bóng đèn mạch ngoài

GIẢI TOÁN VỀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI (phần 2)

Bài tập 2 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó mỗi

điện trở trong r nguồn có suất điện động E = 7,8 V và

= 0,4 , các điện trở R1 = R2 = R3 = 3 , R4 = 6  Ampe kế lí tưởng Tìm số chỉ của ampe kế

II MẠCH CÓ CHỨA VÔN KẾ

Các vôn kế có điện trở rất lớn Khi đo hiệu điện thế, mắc vôn kế song song với mạch cần

đo Số chỉ của vôn kế chính là hiệu điện thế của mạch đó