Bài giảng điện gia dụng chương 1 đh SPKT TP HCM

c.Máy phát điện một chiều Máy phát điện một chiều biến đổi cơ năng đưa vào trục của máy thành điện năng lấy ra ở các cực của dây quấn.. 2.Phụ tải Phụ tải là các thiết bị điện tiêu thụ

Compiled

Van

Thai

Chương 01 : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

NỘI DUNG Chương 01 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1.Những khái niệm cơ

bản về mạch điện một

chiều

Dòng điện một chiều có trị số và chiều không đổi theo thời gian

1.Nguồn điện một chiều Một số các loại nguồn điện một chiều như sau:

a.Pin, acquy Biến đổi hóa năng thành cơ năng

- Để tăng điện áp chúng ta mắc nối tiếp các pin lại với nhau:

- Để tăng dòng điện chúng ta mắc song song các pin lại với nhau:

b.Pin mặt trời Pin mặt trời làm việc dựa vào hiệu ứng quang điện, biến đổi trực tiếp quang năng thành

điện năng

c.Máy phát điện một chiều Máy phát điện một chiều biến đổi cơ năng đưa vào trục của máy thành điện năng lấy ra ở

các cực của dây quấn

d.Bộ nguồn điện tử công

suất Bộ nguồn điện tử công suất không tạo ra điện áp mà chỉ biến đổi điện áp xoay chiều (lấy từ lưới điện) thành điện áp một chiều lấy ra ở 2 cực

2.Phụ tải Phụ tải là các thiết bị điện tiêu thụ điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác

như cơ năng (động cơ điện), nhiệt năng (bàn là điện, bếp điện), quang năng (bòng đèn điện),…

3.Mạch điện Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện (nguồn, tải, dây dẫn) nối với nhau trong đó dòng

điện có thể chạy qua

Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng và nhiều nút

- Nhánh : nhánh là bộ phận của mạch điện gồm có các phần tử nối tiếp nhau trong đó

có cùng dòng điện chạy qua

- Nút : nút là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên)

- Mạch vòng : mạch vòng là lối đi khép kín qua các nhánh

Ví dụ như mạch ở hình vẽ trên sẽ gồm có máy phát (MF) cung cấp điện cho đèn (Đ) và động cơ điện (ĐC) hình thành nên một mạch điện gồm 3 nhánh (1, 2 và 3) và 3 mạch vòng (a, b và c)

1.2.Các đại lượng đặc

trưng quá trình năng

lượng trong mạch điện

1.Dòng điện Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích âm

Đơn vị của dòng điện là Ampe, ký hiệu là A

Người ta quy ước chiều của dòng điện chạy trong vật dẫn ngược với chiều chuyển động của điện tử

2.Điện áp Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế ϕ Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi điện áp

U, đơn vị là volt, ký hiệu là V

Điện áp giữa 2 điểm A và B là:

U =ϕ −ϕ

A

B

c

Dây dẫn

I

U AB

Điện áp giữa 2 cực của nguồn điện khi hở

Compiled

Van

Thai

NỘI DUNG

3.Công suất Công suất của nguồn sức điện động là:

EI

P=

Công suất của mạch ngoài là:

UI

P=

Đơn vị của công suất là Oát, ký hiệu là W, 1kW = 1000W

Khi tính toán, mạch điện thực được thay thế bằng một sơ đồ gọi là mô hình mạch điện,

trong đó các phần tử thực được thay thế bằng các phần tử lý tưởng E, J, R

1.3.Mô hình mạch điện

một chiều

1.Sức điện động E Sức điện động E là phần tử lý tưởng, có trị số bằng điện áp U đo được giữa 2 cực của

nguồn khi hở mạch ngoài Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế cao (cực âm tới cực dương)

Chiều của điện áp quy ước từ điện thế đến điện thế thấp, do đó nếu chiều như ở hình vẽ thì:

E

U =

E

+

_

U

2.Nguồn dòng điện J Nguồn dòng điện J là phần tử lý tưởng có trị số bằng dòng điện ngắn mạch giữa 2 cực của

nguồn

3.Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho một vật dẫn về mặt cản trở dòng điện chạy

qua Về hiện tượng năng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến đổi điện năng tiêu thụ thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, …

Công suất của điện trở:

2

RI

P=

4.Thiết lập mô hình mạch

điện

a.Sơ đồ thay thế nguồn điện Sơ đồ thay thế của nguồn điện gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở trong Rn

Khi giải mạch điện có các phần tử transisto, nhiều khi nguồn điện có sơ đồ thay thế là nguồn dòng điện

n R

E

J = mắc song song với điện trở R n

R

J

E J Ngắn mạch Nguồn

I E

R n

I

Sơ đồ thay thế nguồn dùng nguồn E

I

Sơ đồ thay thế nguồn dùng nguồn J

Compiled

Van

Thai

NỘI DUNG

b.Sơ đồ thay thế tải Các tải như động cơ điện một chiều, acquy ở chế độ nạp điện được thay thế bằng sơ đồ

gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở trong R n , trong đó chiều E ngược với chiều I

Các tải như bàn là điện, bếp điện, bóng đèn điện,… được thay thế bằng điện trở R của

E

R n

Ví dụ: Một nguồn điện một chiều có sức điện động E = 100V, điện trở trong R n = 1Ω cung cấp

điện cho tải có R = 24Ω

Thiết lập mô hình mạch điện và tính dòng điện tải I t

Cách giải 1: Mô hình mạch điện theo E được vẽ như hình vẽ:

Dòng điện tải I t :

A

R R

E I

t n t

4 24 1

100

+

=

+

=

Cách giải 2: Giải bài toán theo mô hình nguồn dòng điện:

Nguồn dòng điện J:

A R

E J

n

100 1

100

=

=

=

Dòng điện tải I t :

A

I t 4

24 1

1

+

=

1.4.Các định luật của

mạch điện

1.Định luật Ohm

a.Mạch thuần trở R Là mạch chỉ có điện trở R, không có cuộn dây hoặc tụ điện

Biểu thức tính điện áp trên điện trở:

RI

U =

R

Biểu thức tính dòng điện qua điện trở:

R

U

I=

- Đơn vị của U là V

- Đơn vị của I là A

- Đơn vị của R là Ω

Ví dụ: Trong mạch điện thuần trở ở trên, I = 210mA, R = 100Ω Tính điện áp trên điện trở U

Lời giải:

Điện áp trên điện trở:

( )V RI

U = =100 0 , 21=21

b.Mạch có sức điện động E

và điện trở R Biểu thức tính điện áp U:

2 2 1 1

4 3 2 1

E E I R R

E I R E I R

U U U U U

−

− +

=

+ +

−

=

+ + +

=

I t

E = 100V

R n =1Ω

R = 24Ωt

It

R t = 24Ω

U

R I

U 1

I

U

Compiled

Van

Thai

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết E 1 = 100V, I 1 = 5A

Tính điện áp U AB và dòng điện các nhánh I2 và I 3

Lời giải:

Tính điện áp UAB:

V I

R E

U AB = 1− 1 1 =100−2 5=90

Dòng điện I2:

A R

U

I AB 30

3 90

2

Dòng điện I3:

A R

E U

1

115 90

3

3

Do I 3 = -25A < 0 nên chiều thực của dòng điện I 3 ngược với chiều đã vẽ trên hình vẽ

2.Định luật Kiêcshôp

a.Định luật Kiêcshôp 1 Định luật này cho ta quan hệ giữa các dòng điện tại một nút, được phát biểu như sau:

Tổng đại số những dòng điện ở một nút bằng không

Trong đó quy ước dòng điện đi tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm

∑I nut =0

Theo như hình vẽ thì:

1+ −I + −I =

I

B.Định luật Kiêcshôp 2 Định luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động,

dòng điện và điện trở trong một vòng khép kín, được phát biểu như sau:

Đi theo một mạch vòng khép kín theo một chiều tùy ý đã chọn, tổng đại số những sức điện động bằng tổng đại số các điện áp rơi trên các điện trở của mạch vòng

∑

∑RI = E

Quy ước dấu: các sức điện động, dòng điện có chiều trùng chiều mạch vòng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm

Theo như hình vẽ thì:

3 2 1 3 3 2 2 1

R − + = + −

I 3

Ω R 3 =1Ω

R 1 =2

I 1

I 2

A

B

E 3 = 115V

I 2

R 2

I 2

I 3

I 1

E 3

E 1

R 1

R 3

E 2

Compiled

Van

Thai

NỘI DUNG

Ví dụ: Tính dòng điện I 3 và các sức điện động E 1 , E 3 trong mạch điện hình vẽ

Cho biết I 2 = 10A, I 1 = 4A, R 1 = 1 Ω, R 2 = 2 Ω, R 3 = 5Ω

Lời giải:

Áp dụng định luật Kiêcshôp 1 tại nút A:

A

I I I

I I I

6 4 10

0

1 2 3

3 2 1

=

−

=

−

=

⇒

=

− +

−

Áp dụng định luật Kiêcshôp 2 cho mạch vòng a:

V

I R I R E

24 10 2 4 1

2 2 1 1 1

= +

=

+

= Áp dụng định luật Kiêcshôp 2 cho mạch vòng b:

V

I R I R E

50 10 2 6 5

2 2 3 3 3

= +

=

+

=

3.Định luật Jun - Lenxơ Khi chuyển động trong vật dẫn, các điện tích bị va chạm vào các phần tử mang điện khác

làm tăng mức chuyển động nhiệt của các phần tử này Kết quả làm cho vật dẫn nóng lên, đó là tác dụng nhiệt của dòng điện

Khi đặt điện áp U vào vật dẫn có điện trở R thì sẽ có dòng điện I chạy trong vật dẫn Lúc này vật dẫn tiếp nhận một công suất P như sau:

R I

I U P

2

=

=

Trong khoảng thời gian t dòng điện thực hiện được một công A như sau:

t.

R I

t.

P A

2

=

=

Năng lượng (dưới dạng nhiệt năng) do dòng điện I sinh ra trong khoảng thời gian t là:

R I A

Q = = 2 Đơn vị của A và Q là Jun, ký hiệu là J

Phát biểu của định luật Jun – Lenxơ: Nhiệt lượng do dòng điện sinh ra trong vật dẫn tỷ lệ

thuận với bình phương dòng điện, với điện trở vật dẫn và thời gian tồn tại dòng điện trong vật dẫn

1.5.Các biến đổi tương

đương

Biến đổi tương đương nhằm mục đích đưa mạch điện phức tạp về dạng đơn giản hơn Khi biến đổi tương đương, dòng điện tại các bộ phận không bị biến đổi vẫn giữ nguyên

1.Các điện trở mắc nối tiếp

Điện trở tương đương R tđ của các điện trở R 1 , R 2 ,…, R n mắc nối tiếp là:

n

R = 1+ 2+K+

I 3

I 1

I 2

B

A

E 3

a

b

Compiled

Van

Thai

2.Các điện trở mắc song

song

Điện trở tương đương R tđ của các điện trở R 1 , R 2 ,…, R n mắc song song được tính như sau:

n

R

1 1

1 1

2 1

+ + +

Trong trường hợp chỉ có 2 điện trở R 1 và R 2 mắc song song thì điện trở tương đương của chúng sẽ là:

2 1

2 1

R R

R R

R td

+

=

Ví dụ: Tính dòng điện trong mạch điện như hình vẽ sau:

Lời giải:

Trước hết tính điện trở tương đương R 23 của 2 điện trở R 2 và R 3 mắc song song:

Ω

= +

= +

2 18

2 18

3 2

3 2 23

R R

R R R

Sau khi tính được R 23 ta có mạch thay thế đơn giản hơn:

Các điện trở R 1 , R 23 và R 4 mắc nối tiếp, do đó điện trở tương đương R 1234 được tính như sau:

Ω

= + +

= + +

R

Dòng điện I sẽ được tính:

A R

E

10 110

1234

=

=

3.Biến đổi sao (Y) thành

tam giác ( Δ) và ngược lại

a.Biến đổi sao thành tam

giác Giả thiết có 3 điện trở tam giác: R 1 , R 2 , R 3 nối hình sao Biến đổi hình sao thành các điện trở đấu

E = 110V

R 1 = 2,2Ω R 3 = 2Ω I

R 2 =18Ω

1 8

R 4 = 6Ω

1

R 1

R 2

R 3

R 12

R 31

R 23

1

2 3

R 23 =1,8Ω

R 1 = 2,2Ω I

E = 110V

R 4 = 6Ω

Compiled

Van

Thai

NỘI DUNG

2

1 3 1 3 31

1

3 2 3 2 23

3

2 1 2 1 12

R

R R R R R

R

R R R R R

R

R R R R R

+ +

=

+ +

=

+ +

=

thì:

Trong trường hợp hình sao đối xứng: R1 =R2 =R3 =R

R R R

R12 = 23 = 31 =3

Giả thiết có 3 điện trở R

b.Biến đổi tam giác thành

sao sao, điện trở các cạnh hình sao được tính như sau: 12 , R 23 , R 31 nối hình tam giác Biến đổi hình tam giác thành hình

31 23 12

23 31 3

31 23 12

12 23 2

31 23 12

31 12 1

.

R R R

R R R

R R R

R R R

R R R

R R R

+ +

=

+ +

=

+ +

=

Trong trường hợp hình tam giác đối xứng: R12 =R2 3=R31 =Rthì:

3

3 2 1

R R R

Ví dụ: Tính dòng điện I chạy qua nguồn của mạch cầu như hình vẽ, biết R 1 = 12 Ω, R 3

= R 2 = 6 Ω, R 4 = 21 Ω, R 0 = 18 Ω, E = 240V, R n = 2Ω

Lời giải:

Biến đổi tam giác ABC (R1, R2, R0) thành sao RA, RB, RB C :

Ω

= + +

= + +

=

Ω

= + +

= + +

=

Ω

= + +

= + +

=

3 18 6 12

6 18

6 18 6 12

18 12

2 18 6 12

6 12

3 2 1

2 0

3 2 1

0 1

3 2 1

2 1

R R R

R R R

R R R

R R R

R R R

R R R

C B A

Điện trở tương đương toàn mạch:

+ + +

+ +

= + + +

+ +

21 3 6 6

21 3 6 6

4 3

4 3

R R R R

R R R R R

C B

C B

OD

Điện trở tương đương toàn mạch:

Ω

= + +

= + +

R

Dòng điện chạy qua nguồn:

E 240 =

R n

E

R 0

A

D

R n

E I

O

D

R A

Compiled

Van

Thai

1.1 Nguồn điện là gì? Tải là gì? Hãy cho các ví dụ về nguồn điện và tải

CÂU HỎI ÔN TẬP

1.2 Phát biểu định luật Ôm

1.3 Phát biểu định luật Kiêcshôp

1.4 Cho E = 100V, R = 10Ω, I = 5A Tính điện áp U:

1.5 Cho E = 50V, R = 5Ω, U = 40V Tính dòng điện I:

1.6 Một tải có điện trở R = 19Ω đấu vào một nguồn điện một chiều có E = 100V, điện trở trong của nguồn là Rtr = 1Ω Tính dòng điện I, điện áp U và công suất P của tải

1.7 Một nguồn điện có sức điện động E và điện trở trong Rtr = 0,5Ω cung cấp điện cho một tải có điện trở R Biết điện áp của tải là U = 95V, công suất tải tiêu thụ là

P = 950W Tính E và R

1.8 Cho một nguồn điện một chiều có sức điện động E = 50V, điện trở trong Rtr = 0,1Ω, cung cấp điện cho một tải có điện trở R Biết công suất tổn hao trong nguồn điện là 10W Tính dòng điện I, điện áp U, điện trở R, công suất Pt của tải Tính công suất P của nguồn

1.9 Bốn điện trở R1, R2, R3, R4 mắc nối tiếp và nối vào một nguồn điện có E = 12V Dòng điện chạy trong mạch đo được là I = 25mA, điện áp đo trên các điện trở R1,

R2 và R3 là 2,5V, 3V và 4,5V

Hãy vẽ sơ đồ mạch, cách mắc ampe kết và vôn kế để đo các đại lượng trên Tính điện áp U4 trên điện trở R4

Tính các giá trị điện trở R1, R2, R3, R4 1.10 Biết số chỉ của một số ampe kế trên hình sau Hãy xác định số chỉ của các ampe kế còn lại

1.11 Để có điện trở có giá trị là 150Ω, người ta mắc song song 2 điện trở R1 và R2 với nhau Biết R1 = 330Ω, hãy tính R2

1.12 Giá trị dòng điện chạy qua một mạch có hai điện trở R1 = 100Ω mắc song song với R2 = 47Ω là 100mA Hãy tính dòng điện chạy qua các điện trở R1 và R2

Compiled

Van

Thai

NỘI DUNG CÂU HỎI ÔN TẬP

1.13 Cho mạch điện như hình vẽ, biết U = 80V; R = 1,25Ω; R1 = 6Ω; R2 = 10Ω Tình dòng điện I, I1, I2, công suất nguồn P, công suất trên các điện trở PR, P , PR1 R2 Kiểm tra lại xem công suất nguồn phát ra có bằng với công suất tiêu thụ trên các điện trở hay không

1.14 Cho mạch điện như hình vẽ, biết U = 120V; R1 = R2 = R3 = 2Ω; R4 = R5 = R6 = 6Ω Tính dòng điện I và công suất nguồn