Chủ yếu là một biện pháp để vượt qua nỗi sợ hãi của công chúng, Edison tin rằng dây tải điện phải truyền bằng hiệu điện thế nhỏ và ông công khai quan điểm của ông bằng cách đưa ra bằng[r]
(1)BÀI GIẢNG ĐIỆN TỪ 4.2 Các điện trở mắc song song quy tắc mối nối
Một ví dụ đơn giản để phân tích mạch điện trở song song ví dụ hình b Nói chung, có điện trở khơng R1 R2, hình c/1 Vì
có hai vùng điện không đổi mạch điện, c/2, nên ba thành phần có hiệu điện hai đầu chúng giống Một pin thông thường liên tục trì hiệu điện hai cực mà thiết kế, nên độ giảm ΔV1 ΔV2 qua điện trở phải hiệu
điện pin:
ΔV1 = ΔV2 = ΔVnguồn
Như vậy, điện trở chịu hiệu điện thể thành phần mạch điện, định luật Ohm cho biết cường độ dòng điện chạy qua điện trở giống cường độ dòng điện chạy mạch điện trở Đây lí mạch điện gia dụng mắc dây song song với Chúng ta muốn thiết bị làm công việc giống nhau, cho dù thiết bị khác có cắm vào hay khơng cắm vào, mở hay tắt (Tất nhiên, công ti điện lực không sử dụng pin, phân tích giống dụng cụ trì hiệu điện khơng đổi)
c/1 Hai điện trở mắc song song Có hai vùng điện khơng đổi Dịng điện khỏi pin tách hai điện trở, sau nhập trở lại Hai điện trở mắc song song xem
điện trở đơn giản có giá trị nhỏ
Dĩ nhiên cơng ti cấp điện nói bật bóng đèn nhà Làm họ biết ? Câu trả lời tiêu thụ dòng điện lớn Mỗi điện trở tiêu thụ lượng dòng điện định, lượng điện phải cung cấp tổng hai dòng điện riêng rẽ Dịng điện giống sơng tách thành hai nhánh, c/3, sau hợp lại Cường dịng điện tổng cộng
Itổngcộng = I1 + I2
(2)Trong mạch điện khơng tích trữ hay giải phóng điện tích, bảo tồn điện tích đưa đến dịng điện tổng cộng chạy khỏi mối nối phải với dòng điện tổng cộng vào mối nối
Trở lại với phép phân tích mạch điện chúng ta, áp dụng định luật Ohm cho điện trở, kết
Trong chừng mực mà công ti điện lực nắm được, tồn ngơi nhà bạn điện trở với điện trở R gọi điện trở tương đương Chúng ta viết định luật Ohm sau:
Itoànphần = ΔV / R
từ xác định điện trở tương đương cách so sánh với phương trình trước
[điện trở tương đương hai điện trở mắc song song]
Hai điện trở mắc song song, c/4, tương đương với điện trở với giá trị cho phương trình
Ví dụ Hai bóng đèn mạch điện gia đình
Bạn bật hai bóng đèn mạng điện gia đình Mỗi bóng đèn có điện trở ohm Hãy tính điện trở tương đương so sánh cơng suất tiêu hao với trường hợp có bóng đèn
Điện trở tương đương hai đèn mắc song song
(3)Việc giảm nửa điện trở làm nhiều sinh viên thấy ngạc nhiên, “thêm điện trở nữa” vào mạch điện cách đặt vào bóng đèn thứ hai Tại điện trở tương đương lại nhỏ điện trở bóng đèn ? Đây trường hợp mà giải thích túy lời gây hiểu lầm Một thành phần điện trở mạch điện, ví dụ dây tóc bóng đèn, vừa khơng vật cách điện hồn hảo vừa khơng phải vật dẫn hồn hảo Thay phân tích loại mạch điện dạng “điện trở”, tức vật cách điện phần, nói “vật dẫn” Khi thí dụ trơng giải thích được, “thêm độ dẫn điện”, điều khơng xác trường hợp điện trở mắc nối tiếp mà nói tới phần sau
Có lẽ cách dễ hình dung nghĩ sử dụng trực giác giới Tương tự, lỗ mũi bạn làm cản trở khơng khí qua nó, có hai lỗ mũi việc thở dễ thực hai lần Ví dụ Ba điện trở mắc song song
Hiện tượng xảy có ba hay nhiều điện trở mắc song song ? Đây thí dụ quan trọng, lời giải có liên quan tới kĩ thuật quan trọng dùng để tìm hiểu mạch điện: phá vỡ chúng thành phần nhỏ hơn, đơn giản hóa phần Trong mạch điện hình d/1, với ba điện trở mắc song song, nghĩ hai điện trở hình thành nên điện trở, d/2, với điện trở tương đương
Sau đó, đơn giản hóa mạch điện rõ hình d/3, cho gồm hai điện trở Điện trở tương đương toàn mạch điện cho
(4)d/ Ba điện trở mắc song song
(5)Ví dụ Sự phụ thuộc điện trở vào tiết diện ngang
Chúng ta nói tới thực tế điện trở vật phụ thuộc vào kích thước hình dạng nó, bắt đầu tìm cách phát biểu mang tính tốn học Như rõ hình e, việc tăng tiết diện ngang điện trở tương đương với việc mắc thêm điện trở theo kiểu song song, chúng mang lại giảm điện trở Bất kì điện trở thực tế có mặt thẳng, song song nhau, bị cắt thành số lớn mảnh, mảnh có tiết diện ngang, chẳng hạn, mm2 Số N mảnh tỉ lệ với tiết diện ngang tổng cộng
điện trở, cách áp dụng kết ví dụ trước, tìm điện trở vật tỉ lệ nghịch với tiết diện ngang
f/ Ống béo có điện trở nhỏ ống gầy
(6)Ví dụ Sai số volt kế
Volt kế thực điện kế có điện trở trong, mắc volt kế song song với đối tượng muốn đo hiệu điện hai đầu Điều có nghĩa đo độ giảm qua điện trở, đặt hai điện trở song song Điện kế bên volt kế bỏ qua mục đích phân tích dịng điện chạy qua mạch điện nào, số cuộn dây có điện trở thấp
Bây giờ, tiến hành phép đo điện trở phần mạch điện lớn, làm thay đổi hành vi mạch điện qua hoạt động đo Giống làm biến đổi mạch điện cách thay điện trở R điện trở tương đương nhỏ R RV mắc song song Vì lí mà volt kế phải chế tạo cho có điện
trở lớn Lấy ví dụ số, sử dụng volt kế có điện trở MW để đo độ giảm thể qua điện trở W, điện trở tương đương 0,999999 W, không đủ khác biệt để gây chênh lệch Nhưng thử dùng volt kế đo độ giảm qua điện trở MW, làm giảm điện trở phần mạch điện ba lần, gây thay đổi đáng kế hành vi toàn mạch điện
g/ Volt thực điện kế có điện trở Khi đo hiệu điện hai đầu điện trở, 1, thật xây dựng mạch điện trở mắc song song,
(7)Tóm lại, volt cấu tạo với mạch điện hở (hay điện trở lớn) hai đầu đo “trôi nổi” Một điện kế analog kiểu cũ thuộc loại mô tả số để trơi nổi, kết tương tự đặt nằm kệ Còn volt kế kĩ thuật số trôi thường thông báo lỗi
4.3 Các điện trở mắc nối tiếp
Hai cách mắc mạch điện mắc song song mắc nối tiếp, nên cặp điện trở nối tiếp nhau, h/1, dạng khác đa số mạch điện mà chế tạo Theo bảo tồn điện tích, tồn dịng điện chạy qua điện trở phải dòng điện chạy qua điện trở (cũng dòng điện chạy qua pin):
I1 = I2
Cách để biết thông tin hai giá trị điện trở có ích áp dụng định luật Ohm, định luật liên hệ điện trở điện trở với dòng điện chạy qua hiệu điện hai đầu Hình h/2 rõ ba vùng đẳng Hiệu điện có ý nghĩa quan trọng điện thế, nên biểu diễn kí hiệu cho hai hiệu điện hai điện trở hình h/3 Chúng ta có ba vùng đẳng thế, với kí hiệu chênh lệch điện cặp số chúng Ba hiệu điện phải liên hệ với Giống cho bạn biết Fred cao Ginger foot, Ginger cao Sally foot, Fred cao Sally foot Thơng tin cho thừa, bạn thật cần hai số ba mẫu liệu để suy thứ ba Trong trường hợp hiệu điện chúng ta, có
|ΔV1| + |ΔV2| = |ΔVpin|
(8)h/4 Pin cấp dòng điện chạy qua hai điện trở mắc nối tiếp Có ba miền đẳng Ba hiệu điện có liên quan với Nếu điện kế mắc qua mạch điện không đảo chiều hay nối chéo chân cắm nó, điện đo có dấu cộng dấu trừ khiến cho chúng cộng lại
khơng
Hình h/4 biểu diễn cách chuẩn cẩn thận với nhập nhằng dấu Đối với phép đo số ba phép đo hiệu điện xung quanh mạch kín, giữ đầu đo (đầu tô đậm hơn) phía chiều kim đồng hồ Cứ thể volt kế bò qua mạch điện cua, khơng “bắt chéo chân nó” Với quy ước này, mối quan hệ độ giảm trở thành
ΔV1 + ΔV2 = - ΔVpin
hay dạng đối xứng
ΔV1 + ΔV2 + ΔVpin =
Tổng quát hơn, kết gọi định luật vịng kín cho phép phân tích mạch điện: định luật vịng kín
Giả sử quy ước chuẩn cho dấu cộng trừ, tổng độ giảm qua vịng kín mạch điện phải khơng
Việc tìm ngoại lệ cho định luật vịng kín giống địi hỏi lối xuống dốc theo hướng quay trở lại điểm xuất phát nó!
(9)ΔV1 + ΔV2 + ΔVpin =
bây viết lại cách áp dụng định luật Ohm cho điện trở I1R1 + I2R2 + ΔVpin =
Dòng điện nhau, nên nhóm làm thừa số chung I (R1 + R2) + ΔVpin =
Và kết thu phân tích mạch điện điện trở có điện trở (R1 + R2) Như vậy, điện trở tương đương điện trở mắc nối tiếp tổng điện trở
của chúng
Ví dụ Hai bóng đèn mắc nối tiếp
Nếu hai bóng đèn giống hệt mắc nối tiếp với nhau, độ sáng chúng so sánh với độ sáng bóng đèn ?
Xét tồn thể, hai bóng đèn hoạt động điện trở kép, nên chúng cho dòng điện chạy từ tường lên phân nửa Mỗi bóng đèn tối trường hợp bóng đèn
i/ Ví dụ
Cơng suất tồn phần tiêu tán mạch điện I DV Độ giảm qua toàn mạch giống trước đây, dịng điện chia đơi, nên mạch hai bóng đèn nửa cơng suất mạch bóng đèn Mỗi bóng đèn tiêu thụ phần tư cơng suất bình thường
Nói đại khái, mong chờ điều mang lại phần tư ánh sáng tạo bóng đèn, thực tế bóng đèn lãng phí phần trăm cao công suất chúng dạng nhiệt bước sóng ánh sáng khơng nhìn thấy (hồng ngoại tử ngoại) Sẽ tạo ánh sáng hơn, thật khó tiên đốn xác bao nhiêu, hiệu suất bóng đèn thay đổi cho chúng hoạt động điều kiện khác
(10)Bằng cách áp dụng trực tiếp kĩ thuật chia-và-trị nói tới phần trước, tìm thấy điện trở tương đương N điện trở R mắc nối tiếp NR
Ví dụ Sự phụ thuộc điện trở vào chiều dài
Trong phần trước, chứng minh điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện ngang Bằng lí giải tương tự điện trở mắc nối tiếp, thấy điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài Tương tự, thật khó thổi qua cọng rơm dài so với cọng rơm ngắn
j/ Tăng gấp đôi chiều dài điện trở giống mắc hai điện trở nối tiếp Điện trở tăng gấp đôi
Đặt hai đối số lại với nhau, tìm điện trở vật có mặt thẳng, song song cho
R = (hằng số) L/ A
Hằng số tỉ lệ gọi điện trở suất, phụ thuộc vào chất cấu tạo nên điện trở Phép đo điện trở suất sử dụng, chẳng hạn, để nhận biết vật cấu tạo từ chất chưa biết Ví dụ Chọn hiệu điện cao cho đường dây tải điện
Thomas Edison bị lôi vào tranh luận kĩ thuật tiếng hiệu điện dùng cho đường dây tải điện Vào thời đó, cơng chúng chưa quen thuộc với điện, dễ dàng bị làm cho hoảng sợ Chẳng hạn, tổng thống Mĩ từ chối thắp đèn điện Nhà Trắng thương mại hóa, ơng xem khơng an tồn, ưa chuộng mối nguy hiểm lửa biết đèn dầu nguy bí ẩn dịng điện Chủ yếu biện pháp để vượt qua nỗi sợ hãi công chúng, Edison tin dây tải điện phải truyền hiệu điện nhỏ ông công khai quan điểm ông cách đưa chứng theo chó bị nhử vào vị trí bị giết chết hiệu điện lớn hai kim loại mặt đất (Các đối thủ Edison chủ trương dòng điện biến thiên thay cho dòng điện chiều, điện xoay chiều nguy hiểm điện chiều Như thảo luận phần sau, điện xoay chiều dễ dàng tăng lên hạ xuống đến mức điện mong muốn dụng cụ gọi máy biến thế) Ngày nay, muốn phân phối lượng công suất PL định đến tải, ví dụ
bóng đèn điện, bị thúc ép phương trình PL = IDVL Chúng ta phân phối
(11)Vấn đề tốn chi phí Cơng ti điện phải phân phối lượng công suất PL mà khách hàng mong
muốn qua đường truyền có điện trở RT cố định kinh tế địa lí định Dòng điện
chạy qua tải dây truyền dẫn nhau, tiêu thụ cơng suất có ích tải cơng suất vơ ích dây truyền Hiệu suất hệ thống
Đại lượng rõ ràng làm cho cực đại cách làm cho I nhỏ tốt, chia cho số nhỏ có mẫu biểu thức Mạch điện có dịng điện nhỏ phân phối lượng đáng kể cơng suất sử dụng hiệu điện cao, lí hệ thống truyền dẫn điện sử dụng điện cao nguy hiểm
Ví dụ 10 Sử dụng ampe kế thành thạo
Giống vot kế, ampe kế cho hàng loạt giá trị đo sử dụng theo kiểu làm thay đổi hành vi mạch điện Ampe kế sử dụng mắc nối tiếp, nên sử dụng đo dịng điện chạy qua điện trở, giá trị điện trở thật thay đổi thành R + Ra, Ra
điện trở ampe kế Các ampe kế chế tạo có điện trở thấp để làm cho R + Ra không
khác biệt nhiều so với R
(12)DOE vụ tai nạn nguy hiểm nơi khác, chúng mang lại sức miên ghê tởm định Một tai nạn người công nhâ DOE bị thiêu trụi hoàn toàn vụ nổ sinh ơng chèn ampe kế Radio Shack bình thường vào mạch điện có dịng điện cao Những ước tính sau cho thấy nhiệt có khả mạnh đến mức vụ nổ cầu plasma – chất khí bị nóng đến mức ngun tử bị ion hóa
Câu hỏi thảo luận
A Chúng ta phát biểu quy luật vịng kín dạng đối xứng loạt giảm nối tiếp cộng lại không Để làm việc này, phải định nghĩa cách thức chuẩn nối volt kế vào mạch điện cho dấu cộng trừ hiển thị Giả sử muốn phát biểu lại theo cách khác quy luật nút theo kiểu đối xứng tương tự, cho thay cách nói dịng điện vào dòng điện ra, đơn giản phát biểu tổng dòng điện nút định không Như vậy, phải sử dụng cách thức chuẩn để chèn ampe kế vào để thực công việc ?
Chương
CÁC TRƯỜNG LỰC
Nền khoa học mũi nhọn dễ dàng thâm nhập vào văn hóa cơng chúng, đơi qua hình thức bị bóp méo Trí tưởng tượng Newton thống trị khắp nơi chủ yếu với chất liệu đẹp vững gọi vật chất, cấu thành từ cầu có phần rắn gọi nguyên tử Vào đầu kỉ 20, vị khách hàng tiểu thuyết giật gân khoa học đại chúng hóa bắt đầu nghe nói tới hình ảnh vũ trụ, tồn đầy tia X, tia N sóng Hertz Cái mà họ bắt đầu thấm nhập qua da họ xét lại triệt để quan niệm Newton vũ trụ cấu thành từ khối vật chất tương tác thơng qua lực Trong tranh xuất hiện, vũ trụ cấu thành từ lực, hay nói mang tính kĩ thuật hơn, từ gợn sóng trường lực phổ biến Khơng giống đa số độc giả tác phẩm Những câu chuyện vũ trụ hồi năm 1941, bạn có đủ kiến thức kĩ thuật để hiểu trường lực thật
5.1 Tại lại trường lực ? Sự trễ thời gian tác dụng lực từ xa
(13)Bây xét ví dụ có liên quan Rõ ràng hai người cách tường mỏng cỡ tờ giấy sử dụng cặp nam châm để truyền tín hiệu cho Mỗi người cảm thấy nam châm cố gắng xoay phản ứng lại với chuyển động quay thực nam châm người bên Phạm vi thực tế truyền thông ngắn cách đặt này, thiết bị nhạy thu tín hiệu từ tính từ khoảng cách xa nhiều Thật ra, khơng khác so với radio thực hiện: electron chạy lên chạy xuống ănten phát tạo lực tác dụng lên electron ănten thu xa (Cả lực điện lẫn lực từ có mặt tín hiệu radio thực tế, lúc lo ngại điều đó)
Bây giờ, câu hỏi tự nhiên phát sinh có hay không chậm trễ thời gian loại truyền thông qua lực từ (và điện) Newton nghĩ khơng, ơng quan niệm vật lí dạng tác dụng lực tức thời xuyên khoảng cách Tuy nhiên, ngày biết có chậm trễ thời gian Nếu bạn thực gọi điện thoại đường dài gửi tín hiệu qua vệ tinh viễn thơng, bạn dễ dàng phát chậm trễ khoảng chừng nửa giây hành trình 50.000 dặm khép kín tín hiệu Các phép đo đại cho thấy lực điện, lực từ lực hấp dẫn truyền tốc độ ánh sáng, x 108
m/s (Thật ra, sớm bàn đến việc thân ánh sáng cấu thành từ điện từ)
Nếu chút thời gian cho lực truyền qua khơng gian, rõ ràng phải có thứ truyền qua khơng gian Thật tượng truyền xa tốc độ theo hướng gợi ý rõ ràng tới phép ẩn dụ sóng gợn sóng mặt hồ
Nhiều chứng cho thấy trường lực có thật: chúng mang lượng
Luận đanh thép cho khái niệm gợn sóng lực xuất phát từ thực tế chúng mang lượng
(14)cô ta buông nam châm ra, lượng giải phóng quay ngược trở lại c Rõ ràng cô ta dự trữ lượng chuyển từ c sang d Trong chừng mực đó, thứ dễ dàng giải thích mà khơng cần khái niệm trường lực
Nhưng tưởng tượng hai người bắt đầu vị trí c đồng thời lật nam châm họ nhanh sang vị trí e, giữ chúng thẳng hàng với tồn thời gian Hãy tưởng tượng, mục đích lập luận, họ làm việc nhanh đến mức nam châm bị đảo ngược tín hiệu lực từ nam châm cịn đường truyền (Đối với ví dụ mang tính thực tế hơn, phải có hai ănten radio, nam châm dễ hình dung hơn) Trong lật, nam châm cảm nhận lực từ cách thức mà nam châm thường định hướng Dù cho hai nam châm thẳng hàng lật, chậm trễ thời gian khiến cho người cảm thấy cản trở cô ta xoay trịn nam châm Làm lại có chuyện ? Cả hai người họ rõ ràng thực công học, nên họ phải dự trữ lượng từ cách Nhưng theo quan niệm kiểu Newton truyền thống vật chất tương tác thông qua lực tức thời xuyên khoảng cách, lượng tương tác phát sinh từ vị trí tương đối vật tương tác thơng qua lực Nếu nam châm không thay đổi định hướng tương đối chúng nhau, làm mà lượng từ dự trữ ?
khoa học nam châm,ột nam châm, tốc độ ánh sáng,