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

Họ và Tên:. Lớp 11A HỆ THỐNG KIẾN THỨC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO Chương 2 DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI –Y— I/. Dòng điện không đổi. Nguồn điện Dòng điện. Các tác dụng của dòng điện + Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng. + Tác dụng đặc trưng của dòng điện là tác dụng từ. Ngoài ra 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 của dòng điện, được xác định bằng thương số giữa điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian và khoảng thời gian đó. + Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện không đổi. Với dòng điện không đổi thì + Trong hệ SI, đơn vị cường độ dòng điện là ampe, kí hiệu là A. + Các ước của ampe: 1 miliampe (mA) = ; 1 micrôampe (μA) = . b) Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở R: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở R. Hay ta có thể viết Với I là cường độ dòng điện chạy từ đầu A đến đầu B của đoạn mạch. Tích IR được gọi là độ giảm điện thế trên điện trở R. Đơn vị của điện trở là ôm (Ω). c) Đặc tuyến vôn - ampe: + Đường biểu diễn sự phụ thuộc I vào U gọi là đường đặc trưng vôn - ampe hay đặc tuyến vôn - ampe. + Đối với dây dẫn kim loại, ở nhiệt độ nhất định, đặc tuyến vôn - ampe là một đoạn thẳng. Nguồn điện + Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch. a) Mỗi nguồn điện đều có hai cực: cực dương (+) và cực âm (), giữa hai cực có một hiệu điện thế. Để tạo ra các điện cực, bên trong nguồn điện cần phải có những lực mà bản chất không phải là lực tĩnh điện, người ta gọi đó là lực lạ. b) Khi nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn, tạo thành mạch kín, thì trong mạch có dòng điện. Suất điện động của nguồn điện Suất điện động E của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương q bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích q đó. Đơn vị của suất điện động là vôn, kí hiệu V. + Ngoài suất điện động E, nguồn điện còn có điện trở gọi là điện trở trong của nguồn điện. II/. Pin và acquy Hiệu điện thế điện hóa Khi cho một thanh kim loại tiếp xúc với một chất điện phân (dung dịch muối, axit, bazơ), thì do tác dụng hóa học, trên mặt thanh kim loại và ở dung dịch điện phân xuất hiện hai loại điện tích trái dấu nhau. Khi đó, giữa thanh kim loại và dung dịch điện phân có một hiệu điện thế xác định, gọi là hiệu điện thế điện hóa. Pin Vôn-ta + Pin Vôn-ta là nguồn điện hóa học được chế tạo đầu tiên (1795). + Pin Vôn-ta gồm một cực bằng kẽm (Zn) và một cực bằng đồng (Cu) nhúng trong dung dịch axit sunfuric () loãng. Suất điện động của pin khoảng 1,1 V. Acquy a) Acquy đơn giản là acquy chì, còn gọi là acquy axit, gồm bản cực dương bằng chì điôxit () và bản cực âm bằng chì (Pb). Cả hai bản được nhúng trong dung dịch axit sunfuric () loãng. Suất điện động của acquy chì khoảng 2 V. b) Acquy là một nguồn điện có thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa trên phản ứng hóa học thuận nghịch: nó dự trữ năng lượng dưới dạng hóa năng (lúc nạp điện), để rồi giải phóng năng lượng ấy dưới dạng điện năng (lúc phát điện). c) Suất điện động của acquy chì thường có giá trị ổn định khoảng 2 V. Khi suất điện động giảm xuống đến 1,85 V thì phải nạp điện lại cho acquy. + Mỗi acquy có một dung lượng xác định. Dung lượng của acquy là điện lượng lớn nhất mà acquy có thể cung cấp được khi nó phát điện. Dung lượng của acquy được đo bằng ampe.giờ (A.h). 1 Ah = 3 600 C. d) Ngoài acquy chì còn có acquy kiềm, có hiệu suất nhỏ hơn acquy axit nhưng rất tiện lợi vì nhẹ và bền hơn. III/. Điện năng và công suất điện. Định luật Jun - Len-xơ 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 hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. + Công của dòng điện chạy qua một đoạn mạch cũng là điện năng mà đoạn mạch đó tiệu thụ. b) Công suất của dòng điện chạy qua một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. + Công suất của dòng điện chạy qua một đoạn mạch cũng là công suất điện tiêu thụ của đoạn mạch đó. Đơn vị của công suất là oát (W). c) Định luật Jun - Len-xơ Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật. + Công suất tỏa nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua: Công và công suất của nguồn điện a) Công của nguồn điện: + Công của nguồn điện cũng là công của dòng điện chạy trong toàn mạch. Đó cũng là điện năng sản ra trong toàn mạch. b) Công suất của nguồn điện: Công suất của các dụng cụ tiêu thụ điện a) Công suất của dụng cụ tỏa nhiệt + Điện năng tiêu thụ của dụng cụ tỏa nhiệt: + Công suất của dụng cụ tỏa nhiệt: b) Suất phản điện của máy thu điện Suất phản điện của máy thu điện được xác định bằng điện năng mà dụng cụ chuyển hóa thành dạng năng lượng khác, không phải là nhiệt, khi có một đơn vị điện tích dương chuyển qua máy. . Suất phản điện có đơn vị là vôn (V). + Trong trường hợp máy thu điện là nguồn điện đang được nạp điện, thì suất phản điện có trị số bằng suất điện động của nguồn lúc phát điện; dòng điện nạp đi vào cực dương của máy thu. c) Điện năng và công suất điện tiêu thụ của máy thu điện + Điện năng tiêu thụ của máy thu điện: Với U là hiệu điện thế đặt vào máy thu; là điện trở của máy thu; Q’ là nhiệt lượng tỏa ra ở máy thu (năng lượng hao phí). Từ công thức trên ta được: + Công suất của máy thu điện: trong đó là công suất có ích. d) Hiệu suất của máy thu: e) Chú ý + Trên các dụng cụ tiêu thụ điện, người ta thường ghi hai chỉ số: công suất điện (công suất định mức) của dụng cụ và hiệu điện thế (hiệu điện thế định mức) cần phải đặt vào dụng cụ để nó hoạt động bình thường. + Cường độ dòng điện định mức của dụng cụ tiêu thụ điện: + Điện trở của dụng cụ tỏa nhiệt (đèn điện dây tóc,): Đo công suất điện và điện năng tiêu thụ + Để xác định công suất điện tiêu thụ ở đoạn mạch, người ta dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện I và dùng vôn kế để đo hiệu điện thế U. Từ đó tính công suất . Trong kĩ thuật dụng cụ đo công suất gọi là oát kế. + Để đo điện năng tiêu thụ, người ta dùng máy đếm điện năng hay công tơ điện. Điện năng tiêu thụ thường được tính ra kilôoát giờ (kW.h). 1 kW.h = 3 600 000 J = 3,6.J. IV/. Định luật Ôm đối với toàn mạch Định luật Ôm đối với toàn mạch: Xét mạch điện kín (Hình 13.1 Sgk) Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch. + Gọi U = IR là hiệu điện thế mạch ngoài (cũng là hiệu điện thế giữa cực dương và cực âm của nguồn) thì Nếu , hoặc nếu mạch hở (I = 0) thì . Hiện tượng đoản mạch + Nếu điện trở mạch ngoài nhỏ không đáng kể , thì . Ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch. Khi pin bị đoản mạch thì pin sẽ mau hết điện. Khi acquy bị đoản mạch sẽ làm hỏng acquy. Trong mạng điện gia đình, để tránh hiện tượng đoản mạch, người ta dùng cầu chì hoặc atômat. Đoản mạch còn gọi là chập mạch hay ngắn mạch. Trường hợp mạch ngoài có máy thu điện: (Hình 13.2 Sgk) Hiệu suất của nguồn điện: + Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở R thì . V/. Định luật Ôm đối với các loại mạch điện. Mắc các nguồn điện thành bộ R A B E, r I Định luật Ôm đối với đoạn mạch có chứa nguồn điện Hay: R A B I Định luật Ôm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện Hay: Công thức tổng quát của định luật Ôm đối với các loại đoạn mạch Hay: Với là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AB theo chiều từ A đến B. + E nhận giá trị dương nếu là nguồn điện và E nhận giá trị âm nếu là máy thu. + Nếu ta chưa biết chiều dòng điện thì giả thiết dòng điện chạy theo một chiều nào đó. Nếu kết quả I > 0 thì chiều dòng điện đã giả thiết là đúng; nếu I < 0 thì dòng điện chạy qua đoạn mạch ngược với chiều đã giả thiết. Mắc các nguồn điện thành bộ a) Mắc nối tiếp A B + Suất điện động của bộ nguồn: + Điện trở trong của bộ nguồn: + Nếu các nguồn giống nhau có cùng suất điện động E và điện trở trong r thì A B A B và b) Mắc xung đối + Nếu thì nguồn là nguồn phát, còn nguồn là máy thu và ngược lại. + Suất điện động của bộ nguồn: nếu và ngược lại. + Điện trở trong của bộ nguồn: E, r n hàng m nguồn A B c) Mắc song song d) Mắc hỗn hợp đối xứng A B n + + + + C D A B E , r R2 R4 R5 R1 A R3 Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 6V, và điện trở trong r = 0,5W. Các điện trở mạch ngoài R1 = R2 = 2W, R3 = R5 = 4W, R4 = 6W. Điện trở của ampe kế không đáng kể. a. Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở và hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở. b. Tìm số chỉ của ampe kế, tính công suất tỏa nhiệt của mạch ngoài và hiệu suất nguồn điện. C D A B E , r R2 R4 R5 R1 A R3 Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 6V, và điện trở trong r = 0,5W. Các điện trở mạch ngoài R1 = R2 = R4 = 4W, R3 = R5 = 2W. Điện trở của ampe kế không đáng kể. a. Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở và hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở. b. Tìm số chỉ của ampe kế, tính hiệu điện thế hai đầu nguồn điện. Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 24V,và điện trở R1 R2 R3 R4 R5 E , r C D A B trong r = 1W. Các điện trở mạch ngoài R1 = 2W, R2 = 4W, R3 = R4 = 3W. Dòng điện điện trở R1 là I1 = 2 A. a. Tính giá trị điện trở R5 . Tính công suất tiêu thụ của mạch ngoài. b. Tính hiệu điện thế giữa hai điểm C và D, tính hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở. c. Tính hiệu suất của nguồn điện. Bài 4: Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất E , r R1 R2 R3 điện động E = 12V, điện trở trong r = 1W. Điện trở R1 = 6W, R3 = 4W. Hỏi R2 bằng bao nhiêu để công suất trên R2 lớn nhất. Tính công suất này. Bài 5: Đ1 Hình 2 A C D Đ 2 R B Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ( hình 2) bộ nguồn gồm các nguồn giống nhau có E = 4V, r =0,5Ω, điện trở R= 4Ω ,đèn 1 ( 6V – 3W), đèn 2( 6V -6W).Hãy tính cường độ dòng điện qua các bóng đèn và đèn sáng như thế nào? E 1,r1 B A R3 R2 R 1 E 2,r2 Hình 3 Bài6: Cho mạch điện như hình3 Biết E1=18 V , r1=4Ω, E2=10,8V ,r2=2,4Ω. R1=1Ω, R2=2Ω, R3=3Ω hãy tìm : a. UAB=? b. Cường độ dòng điện qua các nguồn?