1. Mạch điện một chiều Khái niệm chung
30Cường độ điện trường sẽ làm các
Cường độ điện trường sẽ làm các điện tử tự do di chuyển trong AB, tạo ra dịng điện I, có mật độ là dịng điện là: Nếu I càng lớn thì sẽ càng lớn. Mặt khác, nếu điện trở suất của vật liệu càng lớn thì dịng điện càng nhỏ và mật độ dòng điện càng nhỏ.
Hình 2.1: Định luật ơm cho một đoạn mạch
Kết quả mật độ dòng điện tỷ lệ nghịch với điện trở suất và tỷ lệ thuận với cường độ điện trường: E Hay: . l U s I Từđó rút ra : s l U I
* Định luật Ơm: Dịng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ với điện áp hai đầu đoạn mạch và
tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch
R U I (2-2) Từ (2-2) rút ra: U = I.R (2-3)
Vậy điện áp đặt vào điện trở (còn gọi là sụt áp trên điện trở) tỷ lệ với trị sốđiện trở và dòng điện qua điện trở.
Trong biểu thức (2-2), nếu cho U = 1V, I = 1A thì R = 1. Vậy Ôm là điện trở của một đoạn mạch khi có dịng điện 1 Ampe đi qua gây ra một sụt áp (điện áp) là 1 Vôn trên điện trở. b. Định luật Ơm cho tồn mạch
Giả sử có mạch điện khơng phân nhánh trên hình 2.2. Gồm nguồn điện có s.đ.đ là E, nội trở là r0, cung cấp cho phụ tải có điện trở là R, qua một đường dây có điện trở là Rd, dòng điện trong mạch là I.
Áp dụng định luật Ơm cho từng đoạn mạch, ta có: - Sụt áp trên phụ tải: U = I . R
- Sụt áp trên đường dây: Ud = I.Rd
- Sụt áp trên điện trở trong của nguồn: U0 = I.r0
Muốn duy trì dịng điện I thì s.đ.đ E của nguồn phải cân bằng với các sụt áp trong mạch:
E = U + Ud + U0 = I ( R+ Rd + r0 ) = I.R Trong đó: R = R + Rd + r0
Vậy:
Dòng điện trong mạch tỷ lệ với s.đ.đ của nguồn và tỷ lệ nghịch với điện trở toàn
mạch:
sI I
31 R r E R E I 0 (2-4) 1.2.2. Định luật Joule – Lentz
Dịng điện tích chuyển dời trong vật dẫn sẽ va chạm với các phân tử vật dẫn, truyền bớt năng lượng cho các phân tử, làm tăng mức chuyển động nhiệt trong vật dẫn. Như vậy, dòng điện qua vật dẫn sẽ làm nóng vật dẫn, tức điện năng đã chuyển hoá thành nhiệt.
Gọi điện trở của vật dẫn là r, thì cơng của dịng điện xác định theo biểu thức: A = I2 .R.t (J) (2-10)
Biết đương lượng nhiệt của công là 0,24 calo với mỗi Jun, nên nhiệt lượng do cơng A chuyển hố là:
Q = 0,24.A = 0,24 I2 .R.t (calo) (2-11)
Định luật này do hai nhà bác học là Joule (người Anh) và Lentz (người Nga) tìm ra bằng thực nghiệm, nên được gọi là định luật Joule-Lentz.
Định luật Joule-Lentz: Nhiệt lượng do dòng điện toả ra trên một điện trở tỷ lệ với bình phương của cường độdịng điện, trị sốđiện trở và với thời gian dòng điện chạy qua.
Nếu thay I bởi biểu thức (2-2) ta có: Q = 0,24 t R U . 2 (calo)
Ví dụ 2-4: Một dụng cụ nhiệt có điện trở là 24Ω, đặt vào điện áp 110V. Tính nhiệt lượng toả ra trong 0,5 giờ?
Giải:
Đổi 1h = 3600s
Thời gian tính nhiệt lượng
t = 0,5.h = 0,5 . 3600 = 1800 s Áp dụng (2-11) để tính nhiệt lượng: Q = 0,24 t R U2 = 217800 calo = 217,8 kcalo 1.2.3. Định luật Kiếc hốp a. Định luật Kiếc hốp 1:
Tổng dòng điện đi đến một điểm nút bằng tổng các dòng điện rời khỏi nút đó. Đối với nút A hình 2.7 ta có:
I1 = I3 + I4 Hay I1 – I3 – I4 = 0 Hay I1 – I3 – I4 = 0
Nếu quy ước dấu như sau: dòng điện đi đến điểm nút có dấu dương, dịng điện rời khỏi nút có dấu âm thì định luật Kiếc hơp1 phát biểu như sau:
32 ΣI = 0 ΣI = 0
b. Định luật Kiếc hốp 2:
Định luật: Đi theo một mạch vòng bất kỳ, tổng đại số các s.đ.đ bằng tổng đại số các
sụt áp trên các phần tử của vòng.
ΣE = ΣI.R
Để viết được phương trình Kiếc hốp 2 ta phải chọn chiều dương cho vòng (thuận hay ngược chiều kim đồng hồ). S.đ.đ và điện áp nào cùng chiều vòng quy ước sẽ mang dấu dương, ngược chiều vòng quy ước sẽ mang dấu âm.
1.3. Mạch điện mắc nối tiếp, song song 1.3.1. Mạch mắc nối tiêp