Chương 3: Dòng điện không đổi trong bài giảng Vật lý đại cương A2 sẽ giới thiệu cho người những khái niệm cơ bản về dòng điện, chiều của dòng điện, nguồn điện, suất điện động, cường độ dòng điện; định luật Ohm tổng quát; quy tắc Kirchhoff. Bên cạnh đó, bài giảng còn trình bày công của dòng điện và nguồn điện; mạch tam giác-sao và mạch cầu. Qua những nội dung trong bài giảng, người học sẽ nắm dược những kiến thức cơ bản về dòng điện không đổi. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết bài giảng.
VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 Chương DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI Giảng viên: TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF §3.4 –CƠNG CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN – Dòng điện, chiều dòng điện: Dòng điện: dịng chuyển dời có hướng điện tích E Chiều dịng điện: qui ước chiều chuyển động điện tích dương TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN – Cường độ dòng điện: I dq dt dq: điện lượng chuyển qua diện tích S dt Đơn vị: A t q I.dt • Dịng điện khơng đổi (I=const): q I.t §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN – Vectơ mật độ dòng điện j : Định nghĩa: j điểm M véctơ có: • Điểm đặt: M • Hướng: hướng chuyển động điện tích dương dI • Độ lớn: j dS • Đơn vị: A/m2 I j.dS - Nếu j=const (đều): S I j.S §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN j nqvd • n: mật độ hạt; • q: điện tích hạt; • v d : vận tốc chuyển động có hướng hạt TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN – Nguồn điện, suất điện động: Nguồn điện: cấu để trì dịng điện E, r - + + - X X Suất điện động nguồn điện: đặc trưng cho khả sinh cơng nguồn điện E A* q §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM j E : điện dẫn suất – Đl Ohm đoạn mạch đồng chất I R - + R S TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ I U R 0 (1 t) Ghép điện trở Ghép nối tiếp Ghép song song n Rt R I I i 1 n I Ii i 1 i i n U n Rt Ri U i 1 U Ui i i 1 NX: ghép nối tiếp Rt tăng; ghép song song Rt giảm §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM – Đl Ohm mạch điện kín: E, r + - I E Rr I R * Trường hợp mạch ngồi có máy thu điện: E, r + I E ', r' + - R Máy thu: Dòng điện qua máy từ cực dương sang cực âm I E E' R r r' §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM – Định luật Ohm tổng quát: VA VB U AB E I R i i i i i Qui ước: Đi từ A đến B, gặp cực dương nguồn trước E nguồn mang dấu +; chiều dòng điện nhánh I nhánh mang dấu +; trái lại chúng mang dấu - TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM E1 , r1 R2 P E , r2 Q R1 ghép nguồn điện giống a – Ghép nối tiếp: E0 , r0 E b , rb + I + - R - R E b nE rb nr0 ghép nguồn điện giống b – Ghép song song: E0 , r0 + I E b , rb + - - R R Eb E0 rb r0 n TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 ghép nguồn điện giống c – Ghép hỗn hợp đối xứng: m nguồn nối tiếp n dãy song song E0 , r0 R E b , rb + I - + R E b E1day mE rb r1day mr soday n §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF – Các khái niệm bản: Mạch phân nhánh: Mạch điện phức tạp gồm nhiều nhánh, nhánh gồm phần tử mắc nối tiếp có dịng điện theo chiều Nút mạng: Nơi giao nhánh R1 + E1 , r1 - R Mắt mạng: Tập hợp nhánh liên tiếp tạo thành vịng kín R2 + - E , r2 §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF – Quy tắc Kirchhoff thứ : Tổng dòng điện tới nút mạng tổng dịng điện khỏi nút mạng I I in I2 out I1 I3 I4 I5 I3 I2 I5 I4 I1 TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF – Quy tắc Kirchhoff thứ hai: Trong mắt mạng bất kì, tổng đại số suất điện động độ giảm điện trở không R1 I1 I A I2 R2 E I R i E1 , r1 i + - R + - E , r2 i i i Qui ước: Mắt (1): E1 I1 (R1 r1 ) IR B Mắt (2): E2 I2 (R r2 ) IR Mắt (3): E2 E1 I2 (R r2 ) I1 (R1 r1 ) §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF – Vận dụng quy tắc Kirchhoff để giải toán mạch điện: B1: Giả định chiều dòng điện nhánh B2: Viết phương trình cho nút mạng (nếu có n nút viết (n – 1) phương trình) B3: Viết phương trình cịn lại cho mắt mạng B4: Giải hệ phương trình biện luận kết (dịng âm có chiều ngược với chiều chọn hình vẽ) §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF Ví dụ: Tính cường độ dòng điện nhánh sơ đồ sau Nguồn phát, nguồn thu? E1 6V; E 3V; E1 , r1 + A R r1 r2 1; R 2 B + - E , r2 TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ §3.4 – CƠNG CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN – Cơng dịng điện đoạn mạch: R + A qU UIt – Công suất dòng điện đoạn mạch: P Mạch có R A UI t P I2 R U R P EI I2r Mạch có máy thu – Định luật Joule - Lenz: Q I2 Rt §3.4 – CƠNG CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN – Công suất nguồn điện (máy phát): + I E, r + - - Pn EI R – Hiệu suất nguồn điện: H Phi EI I2 r R Pn EI Rr §3.4 – CƠNG CỦA DỊNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN – Điều kiện để nguồn phát mạch ngồi cơng suất cực đại: P I2 R Pmax E2R E2 (R r) 4r E Rr 4r TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ R1 R2 M B A - R5 + R4 R3 N §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU A Mạch tam giác – A RC RB rA rB RA o rC B B C R AB/ R AB/Y R AC/ R AC/Y R BC/ R BC/Y C (R A R B )R C rA rB RA RB RC (R R C )R B A rA rC RA RB RC (R B R C )R A rB rC RA RB RC §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU Mạch tam giác – A RC A RB rA rB RA B C B R B R C rA RA RB RC RA RB RC R R A R C rB RA RB RC R A R B rC RA RB RC TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ o rC C rA rB rC R §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU Mạch cầu R1 R2 M TH1: B A R4 R3 R1 chập M với N bỏ R5 N R2 M (CẦU CÂN BẰNG) Khi đó: I5 = VM = VN - R5 + R1 R R3 R4 R2 R1 B A M + R4 R3 B A - + N R4 R3 - N §3.5– MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU Mạch cầu R1 R2 M TH2: B A - R5 + R1 R R3 R4 (CẦU KHÔNG CÂN BẰNG) R4 R3 N Biến đổi mạch → Y M R2 rM A B rA R5 + R4 rN N §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU Đo điện trở cầu Wheastone RX G A C I Rx: điện trở cần đo R0 + - E, r R0: điện trở chuẩn, biết B Di chuyển chạy C đến điện kế G số Khi cầu cân bằng: R R RX R X R AC R BC R AC R BC TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ RX R0 AC BC 10 ... nút mạng I I in I2 out I1 I3 I4 I5 I3 I2 I5 I4 I1 TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ ? ?3. 3 – QUY TẮC KIRCHHOFF – Quy tắc Kirchhoff thứ hai: Trong mắt mạng bất kì, tổng đại số suất điện động độ giảm... = VN - R5 + R1 R R3 R4 R2 R1 B A M + R4 R3 B A - + N R4 R3 - N ? ?3. 5– MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU Mạch cầu R1 R2 M TH2: B A - R5 + R1 R R3 R4 (CẦU KHÔNG CÂN BẰNG) R4 R3 N Biến đổi mạch ... Điều kiện để nguồn phát mạch ngồi cơng suất cực đại: P I2 R Pmax E2R E2 (R r) 4r E Rr 4r TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ R1 R2 M B A - R5 + R4 R3 N ? ?3. 5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO MẠCH CẦU A Mạch tam