Bài giảng vật lý 11 dành cho giáo viên

Ta có thể làm cho một vật bị nhiễm điện bằng cách cọ xát nó vào vật khác (VD: thủy tinh cọ xát vào lụa). Khi nhiễm điện vật khả năng hút các vật nhẹ khác như mẩu giấy, bụi vải… 2. Điện tích. Điện tích điểm Vật đã bị nhiễm điện được gọi là vật mang điện hay điện tích. Đơn vị của điện tích là Culông (C). Điện tích điểm là vật bị nhiễm điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách mà ta đang xét. Điện tích của điện tích điểm xem như tập trung tại tâm của điện tích. 3. Tương tác điện. Hai loại điện tích Hai điện tích đặt gần nhau có thể đẩy hoặc hút nhau. Sự đẩy hay hút đó gọi là tương tác điện. Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (). o Hai điện tích cùng loại thì đẩy nhau. o Hai điện tích khác loại thì hút nhau. Lực tương tác giữa hai điện tích là hai lực trực đối (cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn nhưng khác điểm đặt). II – Định luật Culông. Hằng số điện môi 1. Định luật Culông Nội dung: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận với hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích đó. Công thức: 1 2 2 q q F k r  Trong đó: o k = 9.109 : hệ số tỉ lệ (hằng số Culông) (Nm2 C2 ). o q1, q2: độ lớn hai điện tích. (C). o r: khoảng cách giữa hai điện tích. 2. Hằng số điện môi a. Điện môi Điện môi là môi trường cách điện. b. Hằng số điện môi Khi đặt hai điện tích trong điện môi thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi  lần so với trong chân không.  gọi là hằng số điện môi. Hằng số điện môi của chân không là 1, của không khí xem như 1, của các điện môi khác luôn lớn hơn 1. Công thức của ĐL Culông có thể viết lại là 1 2 2 q q F k  r  . VD1: Hai điện tích điểm giống hệt nhau, đặt cách nhau đoạn 2cm trong không khí, đẩy nhau một lực 10N. a. Tính độ lớn mỗi điện tích. b. Sau đó đặt hai điện tích trên vào trong rượu êtylic có hằng số điện môi 2,5 cũng với khoảng cách như trên thì lực tĩnh điện là bao nhiêu ? Bài giảng chi tiết Vật lí 11 GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 2 c. Vẫn giữ hai điện tích trong rượu êtylic như câu b) nhưng tăng khoảng cách giữa chúng lên 2 lần thì lực tương tác bây giờ là bao nhiêu ? ĐS: 7 6,7.10 C   VD2: Hai quả cầu kim loại nhỏ, mang điện tích q1 và q2 đặt trong không khí, cách nhau một đoạn 1m, đẩy nhau lực 1,8N. Điện tích tổng cộng (tổng đại số) của chúng là 3.105C. a. Tính q1,q2. b. Đặt hai điện tích trên vào trong môi trường có hằng số điện môi 2,5. Tính lại lực tương tác giữa hai điện tích. ĐS: 2.105C; 105C VD3: Hai điện tích điểm q1=8.109C và q2=4.109C đặt cố định tại hai điểm A và B trong chân không, cách nhau đoạn d=10cm. Đặt tại trung điểm của AB một điện tích q3=109C. a. Vẽ lực tương tác của q1 và q2 lên q3. b. Tính độ lớn lực điện tác dụng lên q3. ĐS: 1,6.105N Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON ĐỊNH LUẬ

Phần 1: ĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌC Chương 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG Bài 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG

I – Sự nhiễm điện của các vật, điện tích, tương tác điện

1 Sự nhiễm điện giữa các vật

- Ta có thể làm cho một vật bị nhiễm điện bằng cách cọ xát nó vào vật khác (VD: thủy tinh cọ xát vào lụa)

- Khi nhiễm điện vật khả năng hút các vật nhẹ khác như mẩu giấy, bụi vải…

2 Điện tích Điện tích điểm

- Vật đã bị nhiễm điện được gọi là vật mang điện hay điện tích Đơn vị của điện tích là lông (C)

Cu Điện tích điểm là vật bị nhiễm điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách mà ta đang xét Điện tích của điện tích điểm xem như tập trung tại tâm của điện tích

3 Tương tác điện Hai loại điện tích

- Hai điện tích đặt gần nhau có thể đẩy hoặc hút nhau Sự đẩy hay hút đó gọi là tương tác điện

- Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (-)

o Hai điện tích cùng loại thì đẩy nhau

o Hai điện tích khác loại thì hút nhau

- Lực tương tác giữa hai điện tích là hai lực trực đối (cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn nhưng khác điểm đặt)

II – Định luật Cu-lông Hằng số điện môi

1 Định luật Cu-lông

Nội dung: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận với hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích đó

c Vẫn giữ hai điện tích trong rượu êtylic như câu b) nhưng tăng khoảng cách giữa chúng lên 2 lần thì lực tương tác bây giờ là bao nhiêu ?

1 Cấu tạo nguyên tử (SGK)

- Điện tích của êlectron là qe=-1,6.10-19C

- Khối lượng êlectrôn là me=9,1.10-31kg

- Điện tích của prôton là qp=+1,6.10-19C

- Khối lượng êlectrôn là mp=1,67.10-27kg

2 Thuyết êlectron

- Êlectron có thể dịch chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác

- Nguyên tử bị mất êlectron thì nhiễm điện âm, nguyên tử nhận thêm êlectron thì nhiễm điện dương

- Sự di chuyển và cư trú của êlectron đã tạo nên các hiện tượng điện

2 Sự nhiễm điện do tiếp xúc

Khi cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện thì vật sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc

3 Sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Khi đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần thanh MN chưa nhiễm điện thì đầu M gần quả cầu sẽ nhiễm điện âm còn đầu N xa quả cầu nhiễm điện dương Đó là sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Khi đưa thanh MN ra xa thì MN trở lại trạng thái trung hòa về điện ban đầu

III – Định luật bào toàn điện tích

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

q q qq

VD1: Hai quả cầu nhỏ, giống nhau, bằng kim loại Quả cầu A mang điện tích 4,50μC; quả

cầu B mang điện tích – 2,40μC Đăt hai quả cầu cách nhau 1,56cm trong không khí

a Tính lực tương tác điện giữa hai quả cầu

b Cho chúng tiếp xúc nhau rồi đưa trở lại vị trí cũ Tính lại lực tương tác

ĐS: 40,8N

VD2: Hai quả cầu kim loại nhỏ tích điện q1 và q2 đặt trong chân không cách nhau một doạn r=10cm, chúng đẩy nhau một lực F1=0,045N Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi đưa về vị trí cũ thì chúng đẩy nhau một lực F2=0,081N Tính điện tích q1 và q2 ban đầu

ĐS: (5.10-7C; 10-7C) và (-5.10-7C; -10-7C)

Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

I – Điện trườg

1 Môi trường truyền tương tác điện

Hai điện tích không hề tiếp xúc nhau nhưng vẫn tương tác với nhau được Phải có một môi trường nào đó truyền tương tác điện giữa hai điện tích Môi trường đó gọi là điện trường

2 Điện trường

Là dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lên điện tích khác đặt trong nó

C1: Nhận biết điện trường bằng cách nào ?

II – Cường độ điện trường

1 Khái niệm cường độ điện trường

Ta thấy khi đặt điện tích thử q vào điện trường của điện tích Q thì lực điện tác dụng lên q càng yếu khi q càng xa Q Vì vậy cần xây dựng một khái niệm đặc trưng cho độ mạnh, yếu của điện trường Khái niệm đó gọi là cường độ điện trường

2 Cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm đặc trưng cho tác dụng của điện trường tại điểm đó Nó được xác định bởi thương số độ lớn của lực điện với độ lớn của điện tích đặt tại điểm đang xét

F E q



Trong đó E là cường độ điện trường tại điểm đang xét

3 Véctơ cường độ điện trường

F E q

Đơn vị CĐĐT là vôn trên mét (V/m)

5 CĐĐT gây ra bởi một điện tích điểm

CĐĐT gây ra bởi một điện tích điểm Q tại điểm M có:

- Phương trùng với đường nối Q và M

- Chiều hướng ra xa Q nếu Q>0, hướng về Q nếu Q<0

o r: khoàng cách từ Q đến M (m)

6 Nguyên lí chồng chất điện trường

Nếu tại một điểm trong không gian có điện trường của hai điện tích chồng chất lên đó thì CĐĐT tổng hợp được xác định bởi EE1E2

Về mặt độ lớn thì E E12E222E E1 2cos Với α là góc hợp bởi E1và E2

VD1: Một điện tích +2.10-8C đặt trong không khí

a Hãy tính cường độ điện trường tại điểm M cách điện tích 5cm

b Đưa điện tích vào môi trường có hằng số điện môi 2,5 Hãy tính cường độ điện trường tại N cách điện tích 2,5cm

ĐS: 72000V/m; 115200V/m

VD2: Hai điện tích điểm có độ lớn q1=0,2nC và q2=-0,8nC đặt cách nhau một đoạn AB=6cm trong chân không

a Tính độ lớn cường độ điện trường do mỗi điện tích tạo ra tại điểm M tại trung điểm của AB

b Vẽ véctơ và tính độ lớn cường độ điện trường tổng hợp tại M

ĐS: 2000V/m; 8000V/m; 10000V/m

VD3: Hai điện tích điểm q1=5.10-8C và q2=-5.10-8C đặt cố định tại hai đỉnh A và C của tam giác vuông ABC (vuông tại B) trong chân không Biết AB=6cm và BC=8cm

a Vẽ và tính độ lớn cường độ điện trường tại B

b Cũng với điều kiện như trên nhưng đặt hai điện tích vào trong môi trường có hằng số điện môi là 2 thì độ lớn cường độ điện trường tại B bây giờ là bao nhiêu ?

2 Các đặc điểm của đường sức điện

- Qua mỗi điểm trong điện trường có một đường sức điện và chỉ một mà thôi

- Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm

3 Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trưởng tại mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn và đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều

Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

I – Công của lực điện

a Xét điện tích q dương dịch chuyển đoạn trên đoạn MN trong điện trường đều như hình vẽ

- Khi q dịch chuyển từ M đến N, MN làm với đường sức điện một góc α và MN = s

- Ta có công thức tính công của lực điện là A MN FsFscos

- Kết quả trên cũng phù hợp với điện tích q âm

b Khi điện tích q dịch chuyển trên đoạn đường MBN ta cũng chứng minh được A MN qEd

với d M N 

Kết luận: Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc

vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường Lực điện được gọi là lực thế

VD1: Một điện tích q=0,5µC dịch chuyển từ điểm M đến N cách nhau 4,5cm trong điện

trường đều E=2500V/m (như hình vẽ) Hãy tính công của lực điện để dịch chuyển q

II – Thế năng của điện tích trong điện trường

1 Khái niệm về thế năng của điện tích trong điện trường

Thế năng của điện tích q đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện khi đặt q tại điểm đang xét trong điện trường Được xác định bằng công của lực điện khi dịch chuyển q về bản âm

Trong điện trường bất kỳ thì ta lấy mốc thế năng ờ vô cùng (là nơi là điện trường bằng 0 và lực điện hết tác dụng)W M  A M

2 Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện trường

Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến N thì công của lực điện bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường

VD3: (*) Một êlectron được thả không vận tốc ban đầu ở sát bản âm, trong điện trường đều

giữa hai bản kim loại phẳng, tích điện trái dấu Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000V/m Khoảng cách giữa hai bản là 1cm Cho biết qe=-1,6.10-19C và me=9,1.10-31kg

a Tính động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương

b Tính vận tốc của electron khi nó đập vào bản dương

Gợi ý: Áp dụng định lí biến thiên động năng để tính

ĐS: 1,6.10-18J; gần bằng 1,9.106 m/s

Bài 5: ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆNTHẾ

I – Điện thế

1 Khái niệm điện thế

Trong công thức thế năng W M qEd Mthì tích số Ed Mcó giá trị không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào CĐĐT tại M Ta viết lại W M qV M

M

V gọi là hằng số tỉ lệ, ta còn gọi nó là điện thế tại M

M M

W V q



2 Định nghĩa điện thế

Điện thế tại M là đại lượng đặc trưng cho điện trường về mặt tạo ra thế năng của điện tích q Được xác định bằng thương số của công của lực điện khi dịch chuyển điện tích q từ M về mốc thế năng và trị số của q

3 Đơn vị của điện thế

Đơn vị của điện thế là vôn (V)

4 Đặc điểm của điện thế

- Điện thế là đại lượng đại số (có thể dương, âm hoặc bằng 0)

- Điện thế ở bản âm (điện trường đều) và ở vô cùng (điện trường bất kỳ) bằng 0

II – Hiệu điện thế

1 Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường: U MN V M V N

2 Định nghĩa

M MN

MN MN

A U

A U

VD1: Tính công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm

M đến điểm N Biết hiệu điện thế UMN = 50V

ĐS: -8.10-18J

3 Liên hệ giữa hiệu điện thế và CĐĐT

MN MN



Công thức trên cho ta thấy đơn vị của E là V/m

4 Đo hiệu điện thế trong điện trường

Ta đo hiệu điện thế bằng tĩnh điện kế

VD2: Ba điểm A, B, C tạo thành ba đỉnh của một tam giác vuông tại B Biết AB=6cm và

BC=8cm, Điện trường đều E=1500V/m có đường sức song song với cạnh AB và hướng từ A đến B

2 Cách tích điện cho tụ điện

Muốn tích điện cho tụ điện ta nối hai bản tụ với hai cực của một nguồn điện một chiều hai bản tụ tích điện cùng độ lớn nhưng trái dấu, bản nối với cực dương sẽ nhiễm điện âm và ngược lại

Điện tích của tụ điện được quy ước là điện tích của bản dương của tụ

II – Điện dung của tụ điện

1 Điện dung của tụ

Mội tụ điện có khả năng tích điện khác nhau Đại lượng đặc trưng cho khả năng đó gọi là điện dung của tụ điện Điện dung được xác định bằng thương số giữa điện tích mà tụ tích được với hiệu điện thế đặt vào hai bản tụ

Q C U



2 Đơn vị của điện dung

Đơn vị của điện dung là Fara (F)

1Fara là rất lớn nên ta thường gặp:

1µF = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F

3 Các loại tụ điện

Người ta thường lấy tên đện môi làm tên tụ điện (tụ giấy, tụ không khí, tụ mica…)

Người ta còn tạo ra tụ điện có thể thay đổi điện dung được gọi là tụ xoay

III – Năng lượng điện trường của tụ điện

Tụ tích điện tích nghĩa là cũng tích năng lượng điện trường

IV – Một số ứng dụng của tụ điện

- Mạch chọn sóng, dò đài

- Mạch đèn bảng hiệu chớp tắt

- Mạch lọc nhiễu sóng

- Mạch khởi động trong các loại máy điện vv…

VD: Trên vỏ một tụ điện có ghi 20F–200V Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế 120V

a Tính điện tích của tụ điện

b Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích được

c Tính năng lượng tối đa mà tụ tích được

ĐS: 24.10 – 4C; 4.10 – 3C; 0,4J

_

Chương 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Bài 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN

I – Dòng điện

Những kiến thức đã biết:

- Dòng điện là dòng các hạt mang điện (điện tích) dịch chuyển có hướng

- Dòng điện trong kim loại là dòng các êlectron tự do dịch chuyển có hướng

- Chiều dòng điện trong được quy ước là chiều ngược chiều dịch chuyển của hạt mang điện

âm

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

- Dòng điện có tác dụng nhiệt, hóa học, quang, sinh lý, từ

II – Cường độ dòng điện Dòng điện không đổi

1 Cường độ dòng điện

Nếu có một điện lượng qchạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian t

thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là I

q I t







2 Dòng điện không đổi

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

q I t



3 Đơn vị của CĐDĐ

Đơn vị của CĐDĐ là Ampe (A)

Từ biểu thức trên cho thấy 1C = 1A.s

VD1: Cho biết trong vòng 3 giây có 1,5.1018 hạt electron chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn

a Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn

b Tính số electron chạy qua tiết diện thẳng của dây trên trong 2 phút

c Tính thời gian cần thiết để điện tích chạy qua tiết diện thẳng của dây là 2C

ĐS: 0,08A, 6.1019 hạt, 25s

III – Nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

- Một nguồn điện có hai cực cực dương và cực âm

- Bên trong nguồn điện có lực lạ tách các electron ta khỏi nguyên tử rồi chuyển các electron hoặc ion dương về các cực tạo ra cực âm và cực dương

- Dòng điện bên trong nguồn từ âm sang dương do tác dụng của lực lạ

- Dòng điện bên ngoài nguồn từ dương sang âm do tác dụng của lực điện trường

IV – Suất điện động của nguồn điện

1 Công của nguồn điện

Công của lực lạ để làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện gọi là công của nguồn Ký hiệu: Ang

2 Suất điện động của nguồn

Định nghĩa: Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn, được xác định bằng thương số giữa công của nguồn và điện lượng dịch chuyển qua nguồn

Công thức: E A ng

q

 (Ang là công của lực lạ, q là điện lượng dịch chuyển qua nguồn)

a Tính công của lực điện khi dịch chuyển điện tích 2C từ cực âm đến cực dương của nguồn

b Mắc cục pin trên vào hai cực của một bóng đèn có điện trở 1Ω Bỏ qua điện trở của pin Hãy tính số electron chạy qua tiết diện dây tóc bóng đèn trong 1 phút

ĐS: 3J, 5,6.1020 hạt electron

V – Pin và acqui (đọc thêm)

Bài 8: ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN

I – Điện năng tiêu thụ và công suất điện

1 Công của dòng điện

Điện năng là năng lượng của dòng điện Được tính bằng công của lực điện làm dịch chuyển có hướng các điện tích trong mạch điện

AqU UIt

Trong đó:

o A: công của lực điện (cũng là công của dòng điện) (J)

o q: điện tích dịch chuyển qua mạch (C)

o U: hiệu điện thế ở hai đầu mạch (V)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) Công của dòng điện được đo bằng công tơ điện Mỗi số đếm của công tơ là 1kWh=3,6.106J

2 Công suất điện

Là đại lượng cho biết khả năng tiêu thụ điện năng của mạch Được tính trị số điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trên một đơn vị thời gian

o P: công suất điện (W)

o A: điện năng tiêu thụ (công của dòng điện) (J)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

VD1: Tính điện năng tiêu thụ và công suất điện khi dòng điện có cường độ 1,5A chạy qua

dây dẫn trong 30 phút, biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn này là 12V ĐS: 32400J

II – Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

o Q: nhiệt lượng tỏa ra (J)

o I: cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A)

o R: điện trở vật dẫn (Ω)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

2 Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn

Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn cho ta biết khả năng tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua Được tính bằng trị số nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn trong một đơn vị thời gian

  Pnh: công suất tỏa nhiệt (J)

Ta có thể tính công suất tỏa nhiệt bằng công thức:

2 2

VD2: Dòng điện 2A chạy qua dây tóc bóng đèn có điện trở 90Ω trong vóng 6 giờ

a Tính công suất tiêu thụ điện của bóng đèn

b Tính điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong thơi gian trên

c Biết 1kWh điện giá 1500 đồng Tính tiền điện phải trả

ĐS: 180W; 1,08kWh; 1620 đồng

III – Công và công suất của nguồn điện

1 Công của nguồn điện

Là công của lực lạ làm dịch chuyển điện tích qua nguồn

ng

A qEEIt

Trong đó:

o Ang: công của nguồn (J)

o q: điện tích dịch chuyển qua nguồn (C)

o E: suất điện động của nguồn (V)

o I: CĐDĐ chạy qua nguồn (A)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

2 Công suất nguồn điện

Công suất của nguồn điện cho ta biết khả năng thực hiện công của nguồn Được tính bằng trị

số công của nguồn trong một đơn vị thời gian Đây cũng là công suất tiêu thụ điện của toàn mạch

ng ng

A

t

  Png: công suất của nguồn (W)

VD3: Một nguồn điện có suất điện động 12V Khi mắc nguồn điện này với một bóng đèn để

thành mạch điện kín thì nó cung cấp một dòng điện có cường độ 0,8A

a Tính công suất của nguồn điện khi đó

b Tính công của nguồn điện này sản ra trong thời gian 15 phút

ĐS: 8640J; 9,6W

Bài 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

I – Định luật Ôm đối với toàn mạch

1 Hiện tượng đoản mạch

Nguồn điện bị đoản mạch khi nối hai cực của nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ (RN 0)

E I r

3 Hiệu suất của nguồn điện

Hiệu suất cho phép ta đánh giá khả năng chuyển hóa năng lượng điện thành năng lượng có ích

của thiết bị điện

a Tính điện trở toàn phần của mạch

b Tính cường độ điện chạy trong mạch

c Tính suất điện động của nguồn điện

d Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó

e Tính hiệu suất của mạch điện

1 Bộ nguồn nối tiếp

Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện (E1, r1), (E 2, r2), , (E n, rn) được ghép nối tiếp với nhau như hình vẽ Như vậy, đầu A là cực dương và đầu B là cực âm của bộ nguồn

- Suất điện động của bộ nguồn: E b E1E2  E n

- Điện trở trong rb của bộ nguồn: r b    r1 r2 r n

Trong trường hợp riêng, nếu n nguồn điện giống nhau (cùng suất điện động E và điện trở trong r) được ghép nối tiếp thì bộ nguồn này có suất điện động và điện trở trong là E b nE

và

b

r nr

2 Bộ nguồn song song

Bộ nguồn song song là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau (E , r) được ghép song song với nhau như hình vẽ Đầu A là cực dương và đầu B là cực âm của bộ nguồn

- Suất điện động của bộ nguồn: E b E

- Điện trở trong rb của bộ nguồn:

b

r r n



II - Phương pháp bài toán về toàn mạch

VD: Cho mạch điện như hình vẽ Trong đó bộ nguồn gồm 8 acqui, mỗi cái có suất điện

động e=2V, điện trở trong r=0,4 mắc thành 2 nhánh, mỗi nhánh có 4 acqui mắc nối tiếp; đèn Đ

loại 6V-6W; R1=0,2; R2=6; R3=4; R4=4 Tính:

a Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn

b Điện trở mạch ngoài và điện trở toàn phần

c Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính

d Số electron dịch chuyển qua điện trở R1 trong 10 giây

e Công suất của bộ nguồn và của mạch ngoài

f Tính hiệu suất của mạch điện

g Nhiệt lượng tỏa ra trên R4 trong 1 phút

ĐS: 8V; 0,8Ω; 7,2Ω; 1A; 3,75.1020 hạt; 8W; 7,2W; 90%; 240J

_

Chương 6: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

I – Bản chất của dòng điện trong kim loại

Trong kim loại:

1 Các nguyên tử liên kết với nhau một cách trật tự tạo thành mạng tinh thể Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể càng mạnh thì mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự

2 Các êlectrong hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành êlectron tự do với mật độ không đổi (n=hs), chúng choán hết toàn bộ thể tích của KL nhưng không tạo ra dòng điện

3 Khi điện trường của nguồn điện sinh ra đẩy các êlectron tự do dịch chuyển theo một hướng nhất định ta có dòng điện Do mật độ êlectron tự do trong KL rất cao nên KL dẫn điện rất tốt

4 Sự mất trật tự của mạng tinh thể (do nhiều nguyên nhân) gây ra điện trở của KL

Vậy: Dòng điện trong KL là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng

của điện trường

II – Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ của KL

1 Điện trở suất

Điện trở suất của một KL là điện trở của một đoạn KL hình trụ và làm bằng chất đó có tiết diện 1m2, có chiều dài 1m Điện trở suất cho ta biết độ dẫn điện của từng loại KL

2 Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ

Thí nghiệm đã chứng tỏ điện trở suất của KL tăng theo nhiệt độ với hàm bậc nhất

0(1 (t t0))

   

Trong đó:

o : điện trở suất ờ nhiệt độ t (Ωm)

o 0: điện trở suất ở nhiệt độ t0 (Ωm)

o α: hệ số nhiệt điện trở (K-1)

o thường lấy t0=200C

Từ đó cho phép cho ta suy ra điện trở của vật dẫn: RR0(1(tt0))

3 Hiện tượng siêu dẫn

- Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục

- Một số kim loại, hợp kim và gốm oxit kim loại khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0 Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn

- Dòng điện chạy trong vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn thì không tỏa nhiệt

VD1: Dây kim loại bằng đồng có điện trở suất ở 200C là 1,7.10-7m, dây dẫn dài 200m, đường kính tiết diện là 2mm , cho hệ số nhiệt điện trở là 0,004K-1

a Tính điện trở của dây kim loại ở 200C

b Khi nhiệt độ tăng lên thêm 2200C thì điện trở của dây kim loại là bao nhiêu ?

2 Suất nhiệt điện động

Suất nhiệt điện động trong cặp nhiệt điện phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ của hai mối ghép và bản chất của hai vật dẫn

 1 21

E    T T 

Trong đó:

ĐS: 0,0195V

Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

I – Bản chất của dòng điện trong chất điện phân

- Chất điện phân: Các dung dịch axít, muối, bazơ gọi là dung dịch điện li (chất điện phân)

- Hạt tải điện trong chất điện phân là ion dương và ion âm, số cặp ion phụ thuộc vào nhiệt độ

và nồng độ của dung dịch

- Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại

- Dòng điện trong chất điện phân tải cả vật chất đi theo Khi đến điện cực chỉ có êlectron là đi tiếp còn lượng chất đọng lại ở điện cực gây ra hiện tượng điện phân

Vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và ion âm

theo hai chiều ngược nhau trong điện trường

II – Hiện tượng dương cực tan

1 Bình điện phân

- Bình điện phân có hai điện cực: Cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là anôt và cực nối với cực âm gọi là catốt

- Ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation Ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion

- Tại anôt iôn âm nhường electron trung hoà điện

- Tại catôt iôn dương nhận electron trung hoà điện

2 Hiện tượng dương cực tan

Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương (anôt) bị tan dần trong quá trình điện phân khi điện phân một dung dịch muối của Kl mà cực dương làm bằng chính kim loại của muối

ấy Khi có dòng điện:

- Kim loại bám vào catôt

- Chất sinh ra ở anôt tác dụng với kim loại làm anôt và kim loại tan vào trong dung dịch

- Khi có hiện tượng dương cực tan dòng điện tải kim loại từ anôt chạy sang bám vào catôt

- Khi có hiện tượng dương cực tan năng lượng của dòng điện chỉ chuyển hóa thành nhiệt nên bình điện phân xem như một điện trở thuần Rb nên I=U/R

III – Các định luật Faraday

1 Định luật I: Khối lượng m của chất được giải phóng ở các điện cực của bình điện phân tỉ lệ

với điện lượng q chạy qua bình

mkq

Trong đó:

o m: khối lượng chất tan (kg)

o q: điện lượng chạy qua bình điện phân (C)

o k: đương lượng điện hóa

2 Định luật II: Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A

n của

nguyên tố đó Hệ số tỉ lệ là 1

F , trong đó F gọi là số Fa-ra-đây

A k Fn

 với hằng số Faraday F = 96500 C/mol Trong đó:

o A: khối lượng nguyên tử của chất tan

o n: số hóa trị của chất tan

o I: CĐDĐ chạy qua bình điện phân (A)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

VD: Cho mạch điện như hình Bộ nguồn có suất điện động E=15V và điện trở trong r=1Ω

Điện trở R=5Ω Bình điện phân có dương cực làm bằng đồng, dung dịch điện phân là CuSO4 và có điện trở Rp=5Ω Dây dẫn có điện trở không đáng kể (Đề thi HKI, Ngôi Sao 2013)

a Khi K hở Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện

b Khi K đóng Tính lượng đồng bám vào cực âm của bình điện phân trong thời gian 1 giờ Cho biết khối lượng mol của đồng là A=64 và số hóa trị của đồng là n=2

Trong điều kiện thường chất khí không dẫn điện

II – Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường

Khi bị đốt nóng hay bị chiếu bức xạ tử ngoại thì chất khí trở nên dẫn điện

III – Bản chất của dòng điện trong chất khí

1 Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa

Nguồn nhiệt (đèn cồn, gas, đèn thủy ngân, đèn hơi natri…), tia tử ngoại gọi là những tác nhân ion hóa chất khí

Khi bị inon hóa, phân tử khí bị tách thành ion dương và êlectron tự do Electron tự do lại kết hợp với các phân tử khí trung hòa khác tạo thành ion âm Ion dương, ion âm và êlectron tự do là những hạt tải điện trong chất khí

Vậy: Dòng điện trong chất khí là dòng các ion dương theo chiều điện trường, ion âm và

êlectron tự do ngươc chiều điện trường

2 Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Quá trình dẫn điện phải nhờ đến tác nhân ion hóa như trên gọi là quá trình dẫn điện không

tự lực của chất khí

Nhìn vào đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của CĐDĐ vào HĐT thấy có 3 đoạn rõ rệt:

- Đoạn Oa: I tăng theo U

- Đoạn ab: U tăng nhưng I đạt giá trị bảo hòa Chứng tỏ hạt tải điện không sinh ra thêm

- Đoạn bc: I tăng theo U rất nhanh Chứng tỏ do U quá lớn làm đẩy mạnh quá trình ion hóa sinh ra thêm hạt tải điện, điện trở chất khí giảm

IV – Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí Điều kiện xảy ra dẫn điện tự lực

Quá trình dẫn điện không phải nhờ đến tác nhân ion hóa mà có thể tự duy trì gọi là quá trình dẫn điện tự lực của chất khí

Có 4 cách để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực:

1 Dòng điện trong chất khí làm cho nhiệt độ tăng cao khiến các phân tử khí ion hóa liên tục

2 Điện trường rất lớn (3.106V/m trở lên) làm chất khí bị ion hóa ngay ở nhiệt độ thấp

3 Catốt bị nung nóng đỏ có khả năng bức ra các êlectron làm hạt tải điện Hiện tượng này gọi

là phát xạ nhiệt điện tử hay phóng hồ quang

4 Catốt không bị nung nóng nhưng nhờ các ion dương năng lương cao đập vào làm bật ra các êlectron làm hạt tải điện

Sự phóng điện tự lực còn gọi là phóng điện Tùy cơ chế mà ta có kiểu phóng điện khác nhau

V – Tia lửa điện Điều kiện tạo ra tia lửa điện

Tia lửa điện là một quá trình dẫn điện tự lực của chất khí khi ta đặt giửa hai cực (Anốt và Catốt) một điện trường đủ mạnh để làm cho các phân tử khí bị ion hóa

Điều kiện có tia lửa điện: Điện trường giữa hai cực rất lớn (3.106V/m trở lên)

Ứng dụng: Bugi máy nổ

VI – Hồ quang điện Điều kiện tạo ra hồ quang điện

Hồ quang điện là một quá trình dẫn điện tự lực của chất khi điện trường không lớn và hai điện cực (Anốt và Catốt) bị nung đỏ làm bức ra các êlectron tự do

Điều kiện có hồ quang điện: phải làm cho hai điện cực bị nung đỏ

Ứng dụng: Hồ quang điện kèm theo sự phát nhiệt rất mạnh, có thể lên tới 35000C Ứng dụng

để hàn điện, đèn chiếu sáng, nung chảy và cắt vật liệu…

Bài 16: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

1 Điện trở suất nằm ở trung gian giữa điện môi và KL

2 Điện trở suất của chất bán dẫn có thể được thay đổi bởi tạp chất

3 Điện trở suất của chất bán dẫn cũng có thể thay đổi khi ta chiếu sáng hoặc tác dụng bằng các tác nhân ion hóa khác

II – Hạt tải điện trong chất bán dẫn

a Êlectron và lỗ trống

Xét mạng tinh thể silic, mỗi nguyên tử silic có bốn êlectron hóa trị nên vừa đủ để tạo ra bốn

êlectron dẫn và chỗ liên kết đứt sẽ thiếu 1êlectron nên mang điện dương được xem là hạt tải điện và gọi là lỗ trống

b Bản chất dòng điện trong bán dẫn

Hạt tải điện trong bán dẫn là êlectron dẫn và lỗ trống

Dòng điện trong bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường

c Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

a Bán dẫn loại n: Khi pha tạp P, As, là những nguyên tố có năm êlectron hóa trị vào trong

tinh thể silic, mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một êlectron dẫn Ta gọi P, As, là tạp chất cho hay đôno Trong bán dẫn bây giờ có hạt tải điện chủ yếu là êlectron và số lượng

nhỏ lỗ trống do chuyển động nhiệt tạo ra Ta gọi là bán dẫn loại n

b Bán dẫn loại p: Khi pha tạp B, Al, là những nguyên tố có ba êlectron hóa trị vào trong

tinh thể silic, mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một lỗ trống Ta gọi B, Al, là tạp chất nhận hay axepto Trong bán dẫn bây giờ có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống và số lượng

nhỏ êlectron do chuyển động nhiệt tạo ra Ta gọi là bán dẫn loại p

III - Lớp Chuyển Tiểp p–n

Lớp chuyển tiếp p–n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn

1 Lớp nghèo

Ở lớp chuyển tiếp p–n, sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo Điện trở của lớp nghèo rất lớn

2 Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Lớp nghèo cho dòng điện đi qua theo một chiều từ p sang n, ta gọi là chiều thuận và chiều từ

n sang p dòng điện truyền rất kém gọi là chiều ngược

IV - Điôt bán dẫn

- Điôt bán dẫn là linh kiện bán dẫn có một lớp chuyển tiếp p–n

- Điôt bán dẫn chỉ cho dòng điện chủ yếu chỉ chạy theo chiều từ p đến n

- Điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu Nó được dùng để chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành một chiều

V - Tranzito

- Tranzito là linh kiện bán dẫn có ba cực, trong đó có hai lớp chuyển tiếp p-n

- Ứng dụng phổ biến nhất của tranzito là lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử

_

- Mỗi nam châm bao giờ cũng có hai cực được gọi là cực Nam (S) và cực Bắc (N)

- Hai cực của hai nam châm đặt gần nhau sẽ đẩy nhau khi chúng cùng tên và hút nhau khi chúng khác tên

- Lực tương tác của hai nam châm với nhau gọi là lực từ, các nam châm được gọi là vật có từ tính

II – Từ tính của dây dẫn có dòng điện

- Thực nghiêm cho thấy dây dẫn có dòng điện cũng có từ tính như nam châm

o Hai dây dẫn có dòng điện cùng chiều thì hút nhau

o Hai dây dẫn có dòng điện ngược chiều thì hút nhau

o Nam châm và dây dẫn có dòng điện cũng hút nhau

- Kết luận: Lực từ là lực tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện

và nam châm và dòng điện Dòng điện và nam châm đều có từ tính

III – Từ trường

1 Đặt vấn đề: Dây dẫn có dòng điện và nam châm có thể tương tác với nhau mà không cân

tiếp xúc trực tiếp Vậy phải có một môi trường truyền tương tác Đó chính là từ trường

2 Định nghĩa: Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm và dòng điện Biểu hiện của từ trường là tác dụng lực từ lên NC hoặc dòng điện khác đặt trong nó

3 Để phát hiện từ trường ta có thể dùng cách nào ?

Để phát hiện sự tồn tại của từ trường tại một điểm, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt tại điểm đó Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam – Bắc của kim nam châm nằm cân bằng tại đó

a Đặc điểm ĐST của nam châm thẳng

- Bên ngoài thanh NC các ĐST là những đường cong đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam của NC

- Ờ xa NC thì ĐST thưa, càng gần thì ĐST càng dày (hình vẽ)

- Bên ngoài thanh NC các ĐST là những đường cong đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam của NC

- Ờ xa NC thì ĐST thưa, càng gần thì ĐST càng dày (hình vẽ)

- Ở khoảng giữa của hai cực của NC ĐST là những đường thẳng, song song và cách đều nhau

- ĐST là những đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm nằm trên dây

- Chiều ĐST được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải: Đặt bàn tay sao cho ngón cái dọc theo dây dẫn và chỉ theo dòng điện, khi đó các ngón kia nắm lại chỉ chiều của ĐST

d Đặc điểm ĐST của dây dẫn tròn có dòng điện

- ĐST là những đường tròn có chiều đi vào một mặt và đi ra mặt kia của dòng điện tròn ấy

- ĐST ở tâm dòng điện là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng dòng điện tròn ấy

Quy ước: mặt ĐST đi ra là mặt Bắc còn mặt ĐST đi vào là mặt Nam Mặt Nam là mặt là

khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ còn mặt Nam là mặt ngược lại

3 Tính chất của ĐST

- Các ĐST không cắt nhau

- Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu

- Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc)

- Những chổ từ trường mạnh thì ĐST dày, chỗ từ trườn yếu thì ĐST thưa

Bài 20: CẢM ỨNG TỪ LỰC TỪ

I – Cảm ứng từ

1 Cảm ứng từ

Xét một đoạn dây dẫn có chiều dài l đặt vuông góc với đường sức từ, dòng điện qua dây dẫn

là I, lực từ tác dụng lên dây dẫn là F Tiến hành thí nghiệm khi cho I và l thay đổi thì ta thấy thương

số F

Il không thay đổi

Vậy thương số trên đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường lên dây dẫn có dòng điện, gọi

là cảm ứng từ B

F B Il

- Điểm đặt tại vị trí đang xét

- Phương trùng với hướng của từ trường tại điểm đó

- Độ lớn B F

Il

 (T)

II – Lực từ

1 Từ trường đều

Là từ trường mà các đướng sức là những đường thẳng song song và cách đều nhau

Từ trường giữa hai nhanh của nam châm hình chữ U là từ trường đều

2 Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

Trong một từ trường đều có cảm ứng từ B, ta đặt một đoạn dây dẫn M1M2 = ℓ hợp với đuờng sức từ một góc  cho dòng điện có cường độ I chạy qua thì xuất hiện lực từ F tác dụng lên đọan dây có:

- Điểm đặt tại trung điểm của đọan dây

- Phương vuông góc mặt phẳng chứa B và ℓ

- Chiều theo qui tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón tay cái choãi

ra 90 o chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện

- Độ lớn được xác định bởi công thức:

VD1: Cho một số ví dụ về vẽ lực từ, áp dụng quy tắc bàn tay trái

VD2: Một dây dẫn hình tam giác vuông KMN đặt trong một từ trường đều cùng hướng từ K

đến N như hình vẽ Cho B=0,1T, KN=12cm, KM=16cm Dòng điện qua dây có chiều như hình và

I=5A

a Vẽ các lực từ tác dụng lên trung điểm các cạnh của tam giác

b Tính độ lớn các lực tác dụng lên các cạnh của tam giác

ĐS: FMN=0,08N, FNK=0N; FKM=0,08N

Bài 21: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT