Hệ thống kiến thức Vật lý 11 nâng cao - Chương 2: Dòng điện không đổi

Công và công suất của dòng điện chạy qua một đoạn mạch a Công của dòng điện chạy qua một đoạn mạch là công của lực điện làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch và bằng tích của[r]

Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương Trường THPT Nguyễn Đáng Lớp 11 Họ và Tên: HỆ THỐNG KIẾN THỨC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO Chương DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI  I/ Dòng điện không đổi Nguồn điện Dòng điện Các tác dụng dòng điện + Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng + Tác dụng đặc trưng dòng điện là tác dụng từ Ngoài còn có tác dụng nhiệt, tác dụng hóa học, … Cường độ dòng điện Định luật ôm a) Định nghĩa: Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu dòng điện, xác định thương số điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật q t + Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện không q đổi Với dòng điện không đổi thì I  t + Trong hệ SI, đơn vị cường độ dòng điện là ampe, kí hiệu là A + Các ước ampe: miliampe (mA) = 103 A ; micrôampe (μA) = 106 A b) Định luật Ôm đoạn mạch chứa điện trở R: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện U đặt vào hai đầu đoạn mạch và U tỉ lệ nghịch với điện trở R I  Hay ta có thể viết U  VA  VB  IR Với I là cường R độ dòng điện chạy từ đầu A đến đầu B đoạn mạch Tích IR gọi là độ giảm điện trên điện trở R Đơn vị điện trở là ôm (Ω) c) Đặc tuyến vôn - ampe: + Đường biểu diễn phụ thuộc I vào U gọi là đường đặc trưng vôn - ampe hay đặc tuyến vôn - ampe + Đối với dây dẫn kim loại, nhiệt độ định, đặc tuyến vôn - ampe là đoạn thẳng Nguồn điện + Nguồn điện là thiết bị tạo và trì hiệu điện thế, nhằm trì dòng điện mạch a) Mỗi nguồn điện có hai cực: cực dương (+) và cực âm (  ), hai cực có hiệu điện Để tạo các điện cực, bên nguồn điện cần phải có lực mà chất không phải là lực tĩnh điện, người ta gọi đó là lực lạ b) Khi nối hai cực nguồn điện vật dẫn, tạo thành mạch kín, thì mạch có dòng điện Suất điện động nguồn điện Suất điện động E nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn điện và đo thương số công A lực lạ thực làm dịch chuyển điện tích dương q bên nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn A điện tích q đó E = Đơn vị suất điện động là vôn, kí hiệu V q dẫn khoảng thời gian t và khoảng thời gian đó I  + Ngoài suất điện động E, nguồn điện còn có điện trở gọi là điện trở nguồn điện II/ Pin và acquy Hiệu điện điện hóa Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương Khi cho kim loại tiếp xúc với chất điện phân (dung dịch muối, axit, bazơ), thì tác dụng hóa học, trên mặt kim loại và dung dịch điện phân xuất hai loại điện tích trái dấu Khi đó, kim loại và dung dịch điện phân có hiệu điện xác định, gọi là hiệu điện điện hóa Pin Vôn-ta + Pin Vôn-ta là nguồn điện hóa học chế tạo đầu tiên (1795) + Pin Vôn-ta gồm cực kẽm (Zn) và cực đồng (Cu) nhúng dung dịch axit sunfuric ( H 2SO ) loãng Suất điện động pin khoảng 1,1 V Acquy a) Acquy đơn giản là acquy chì, còn gọi là acquy axit, gồm cực dương chì điôxit ( PbO ) và cực âm chì (Pb) Cả hai nhúng dung dịch axit sunfuric ( H 2SO ) loãng Suất điện động acquy chì khoảng V b) Acquy là nguồn điện có thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa trên phản ứng hóa học thuận nghịch: nó dự trữ lượng dạng hóa (lúc nạp điện), để giải phóng lượng dạng điện (lúc phát điện) c) Suất điện động acquy chì thường có giá trị ổn định khoảng V Khi suất điện động giảm xuống đến 1,85 V thì phải nạp điện lại cho acquy + Mỗi acquy có dung lượng xác định Dung lượng acquy là điện lượng lớn mà acquy có thể cung cấp nó phát điện Dung lượng acquy đo ampe.giờ (A.h) Ah = 600 C d) Ngoài acquy chì còn có acquy kiềm, có hiệu suất nhỏ acquy axit tiện lợi vì nhẹ và bền III/ Điện và công suất điện Định luật Jun - Len-xơ Công và công suất dòng điện chạy qua đoạn mạch a) Công dòng điện chạy qua đoạn mạch là công lực điện làm di chuyển các điện tích tự đoạn mạch và tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó A  qU  UIt + Công dòng điện chạy qua đoạn mạch là điện mà đoạn mạch đó tiệu thụ b) Công suất dòng điện chạy qua đoạn mạch tích hiệu điện hai A đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó P   UI t + Công suất dòng điện chạy qua đoạn mạch là công suất điện tiêu thụ đoạn mạch đó Đơn vị công suất là oát (W) c) Định luật Jun - Len-xơ Nhiệt lượng tỏa trên vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở vật, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật Q  RI t + Công suất tỏa nhiệt vật dẫn có dòng điện chạy qua: P  Q  RI t Công và công suất nguồn điện A  qE  EIt a) Công nguồn điện: + Công nguồn điện là công dòng điện chạy toàn mạch Đó là điện sản toàn mạch A b) Công suất nguồn điện: P   EI t Công suất các dụng cụ tiêu thụ điện a) Công suất dụng cụ tỏa nhiệt Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương + Điện tiêu thụ dụng cụ tỏa nhiệt: A  UIt  RI t  + Công suất dụng cụ tỏa nhiệt: P  U2 t R A U2  UI  RI  t R b) Suất phản điện máy thu điện Suất phản điện máy thu điện xác định điện mà dụng cụ chuyển hóa thành dạng lượng khác, không phải là nhiệt, có đơn vị điện tích dương A chuyển qua máy Ep = Suất phản điện có đơn vị là vôn (V) q + Trong trường hợp máy thu điện là nguồn điện nạp điện, thì suất phản điện có trị số suất điện động nguồn lúc phát điện; dòng điện nạp vào cực dương máy thu c) Điện và công suất điện tiêu thụ máy thu điện + Điện tiêu thụ máy thu điện: A  A  Q  Ep It  rp I t  UIt Với U là hiệu điện đặt vào máy thu; rp là điện trở máy thu; Q’ là nhiệt lượng tỏa máy thu (năng lượng hao phí) Từ công thức trên ta được: U  Ep  rp I + Công suất máy thu điện: P  A  Ep I  rp I đó P   Ep I là công suất có ích t r A P  Ep UI  rp I d) Hiệu suất máy thu: H      1 p I A P U UI U e) Chú ý + Trên các dụng cụ tiêu thụ điện, người ta thường ghi hai số: công suất điện Pđ (công suất định mức) dụng cụ và hiệu điện U đ (hiệu điện định mức) cần phải đặt vào dụng cụ để nó hoạt động bình thường P + Cường độ dòng điện định mức dụng cụ tiêu thụ điện: Iđ  đ Uđ + Điện trở dụng cụ tỏa nhiệt (đèn điện dây tóc,…): R  U đ2 Pđ Đo công suất điện và điện tiêu thụ + Để xác định công suất điện tiêu thụ đoạn mạch, người ta dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện I và dùng vôn kế để đo hiệu điện U Từ đó tính công suất P  UI Trong kĩ thuật dụng cụ đo công suất gọi là oát kế + Để đo điện tiêu thụ, người ta dùng máy đếm điện hay công tơ điện Điện tiêu thụ thường tính kilôoát (kW.h) kW.h = 600 000 J = 3,6 106 J IV/ Định luật Ôm toàn mạch Định luật Ôm toàn mạch: Xét mạch điện kín (Hình 13.1 Sgk) Cường độ dòng điện mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện E và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần mạch I  Rr + Gọi U = IR là hiệu điện mạch ngoài (cũng là hiệu điện cực dương và cực âm nguồn) thì U  E  Ir Nếu r  , mạch hở (I = 0) thì U  E Hiện tượng đoản mạch Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương E Ta nói nguồn điện r bị đoản mạch Khi pin bị đoản mạch thì pin mau hết điện Khi acquy bị đoản mạch làm hỏng acquy Trong mạng điện gia đình, để tránh tượng đoản mạch, người ta dùng cầu chì atômat Đoản mạch còn gọi là chập mạch hay ngắn mạch E  Ep Trường hợp mạch ngoài có máy thu điện: (Hình 13.2 Sgk) I  R  r  rp + Nếu điện trở mạch ngoài nhỏ không đáng kể R  , thì I  Hiệu suất nguồn điện: H  A có ích A  U E  Ir r   1 I E E E U IR R   E I(R  r) R  r V/ Định luật Ôm các loại mạch điện Mắc các nguồn điện thành Định luật Ôm đoạn mạch có chứa nguồn điện E, r E  U AB I Hay: U AB  E  (R  r)I I R B A Rr + Nếu mạch ngoài có điện trở R thì H  Định luật Ôm đoạn mạch chứa máy thu điện U  Ep Ep , rp Hay: U AB  Ep  (R  rp )I I  AB I R B A R  rp Công thức tổng quát định luật Ôm các loại đoạn mạch U +E U AB  (R  r)I  E Hay: I AB  AB Rr Với I AB là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AB theo chiều từ A đến B + E nhận giá trị dương là nguồn điện và E nhận giá trị âm là máy thu + Nếu ta chưa biết chiều dòng điện thì giả thiết dòng điện chạy theo chiều nào đó Nếu kết I > thì chiều dòng điện đã giả thiết là đúng; I < thì dòng điện chạy qua đoạn mạch ngược với chiều đã giả thiết Mắc các nguồn điện thành E1 , r1 E2 , r2 En , rn a) Mắc nối tiếp A B + Suất điện động nguồn: Eb  E1  E2   En + Điện trở nguồn: rb  r1  r2   rn + Nếu các nguồn giống có cùng suất điện động E và điện trở r thì Eb  n E và rb  n r E1 , r1 E2 , r2 E2 , r2 E1 , r1 b) Mắc xung đối B A A B + Nếu E1  E2 thì nguồn E1 là nguồn phát, còn nguồn E2 là máy thu và ngược lại + Suất điện động nguồn: Eb = E1  E2 E1 > E2 và ngược lại + Điện trở nguồn: rb  r1  r2 c) Mắc song song + Eb = E Vật lý 11 Nâng cao E ,r d) Mắc hỗn hợp đối xứng + Eb = m E E ,r A Lop11.com E, r B Trang n hàng Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương + rb  r n + rb  mr n Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com