Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Dòng điện không đổi - Đỗ Quốc Huy

BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2Chuyên đề:DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI(Để download tài liệu này, hãy đăng nhập vào diễn đàn của trang web champhay.com)Th.S Đỗ Quốc HuyMỤC TIÊUSau khi học xong chương này, SV phải : Nêu được khái niệm cường độ, mật độ dòng điện.Vận dụng được các định luật Ohm, Kirchhoff để giải mạch điện.Tính được công suất của dòng điện, nguồn điện.NỘI DUNGI – Các khái niệm cơ bản về dòng điệnII – Định luật OhmIII – Định luật KirchhoffIV – Công, công suất của dòng điệnV – Công suất, hiệu suất của nguồn điệnVI – Ghép các nguồn điện giống nhauI – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN:1 – Dòng điện, chiều của dòng điện:Dòng điện: là dòng chuyển dời có hướng của các điện tíchChiều của dòng điện: được qui ước là chiều chuyển động của các điện tích dương.2 – Cường độ dòng điện:DĐKĐ3 – Mật độ dòng điện:p/b đều+++dSnSSnI – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN:Ví dụ 1: Mỗi giây có 2.1018 ion dương hóa trị 2 và 4.1018 electron chạy qua đèn ống có đường kính tiết diện d = 2,0cm. Tính cường độ dòng điện và trị số trung bình của mật độ dòng điện j qua đèn.GiảiI – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN:Ví dụ 2: Một dây chì có tiết diện S = 2mm2, có dòng điện 5A chạy qua. Tính mật độ dòng điện qua dây chì. Dây chì này có thể chịu được dòng điện tối đa là bao nhiêu, nếu mật độ dòng cho phép là 450A/cm2? Một động cơ điện có giới hạn dòng là 18A thì phải dùng dây chì có đường kính tiết diện bao nhiêu để bảo vệ động cơ?GiảiI – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN:4 – Nguồn điện, suất điện động:Nguồn điện: cơ cấu để duy trì dòng điện.Làm sao để duy trì dòng điện lâu dài??XPumSuất điện động của nguồn điện: đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện, đo bằng:X+-1 – Đối với mạch điện thuần trở:II – ĐỊNH LUẬT OHM:Dạng vi phân:+-RIGhép nối tiếpGhép song songNX: ghép nt Rt tăng; ghép // Rt giảm.2 nhánh // thì:1 – Đối với mạch điện thuần trở:II – ĐỊNH LUẬT OHM:Ví dụ: cho đoạn mạch như hình vẽ+-IR1R2R3R4ABCDMNR5R1 = 8; R2 = 6; R3 = 14; R4 = 10; R5 = 20; UAB = 24VTính RtđTính cđdđ qua mỗi RTính UAM; UAN; UMNGiải2 – Đối với mạch điện kín:II – ĐỊNH LUẬT OHM:Ví dụ:+-RIR1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; R4 = 50; r = 2;  = 32V.Tính cuờng độ dòng điện qua mỗi điện trở.+-IR1R2R3R4ABCDM2 – Đối với mạch điện kín:II – ĐỊNH LUẬT OHM:Giải:R1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; R4 = 50; r = 2;  = 32V.Tính cuờng độ dòng điện qua mỗi điện trở.+-IR1R2R3R4ABCDM3 – Tổng quát:II – ĐỊNH LUẬT OHM:Ví dụ: Tính UAB, UAM, UBM trong sơ đồ hình bênR1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; R4 = 50; r = 2;  = 32V.Qui ước: Đi từ A đến B, gặp cực dương của nguồn nào trước thì SĐĐ của nguồn đó mang dấu +; đi cùng chiều dòng điện của nhánh nào thì CĐDĐ của nhánh đó mang dấu +; trái lại chúng mang dấu - .+-IR1R2R3R4ABCDM1 – Các khái niệm cơ bản:III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:Mạch phân nhánh: Mạch điện phức tạp gồm nhiều nhánh, trong mỗi nhánh chỉ gồm các phần tử mắc nối tiếp và chỉ có một dòng điện đi theo một chiều duy nhấtNút mạng: Nơi giao nhau của ít nhất 3 nhánh.Mắt mạng: Tập hợp các nhánh liên tiếp tạo thành một vòng kín.+-R1+-R2R2 - Định luật Kirchhoff thứ nhất (ĐL K1):III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kì luôn bằng không.I1I2I3I4I5Hay: Tổng các dòng điện đi tới một nút mạng bất kì bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút mạng đó.Qui ước: dòng đi tới nút là dương, dòng đi ra khỏi nút là âm.3 - Định luật Kirchhoff thứ hai (ĐL K2):III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:Trong một mắt mạng bất kì, tổng đại số các suất điện động và các độ giảm thế trên các điện trở luôn bằng không.I1AB+-R1+-R2RI2I12Mắt (1):Mắt (2):Mắt (3):Qui ước:4 – Vận dụng các đl Kirchhoff để giải mạch điện:III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:Các bước:B1: Giả định chiều dòng điện trong các nhánh.B2: Viết các phương trình cho nút mạng (nếu có n nút thì viết (n – 1) phương trình).B3: Viết các phương trình còn lại cho mắt mạng.B4: Giải hệ phương trình và biện luận kết quả (dòng nào âm thì có chiều ngược với chiều đã chọn trên hình vẽ).5 – Ví dụ:III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:Tính cường độ dòng điện trong các nhánh của sơ đồ sau. Nguồn nào phát, nguồn nào thu?AB+-+-RI1I2IGiảiGiả sử dòng điện có chiều như hình vẽ.III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:AB+-+-RI1I2IAd định luật K1:(1)Ad định luật K2:12Giải (1), (2), (3) ta được:Chiều dòng I2 ngược với trên hình vẽ. Nguồn 2 thu điện, nguồn 1 phát điện.Nút A:Mắt (1):Mắt (2):1 – Công của dòng điện trong một đoạn mạch:IV – CÔNG, CÔNG SUẤT CỦA DĐ:R+-3 – Công suất của dòng điện trong một đoạn mạch:Mạch chỉ có RMạch chỉ có máy thu+-+-I2 – Định luật Joule - Lenz:1 – Công suất của nguồn điện:V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN:2 – Hiệu suất của nguồn điện:+-+-IR3 – ĐK để nguồn phát ra mạch ngoài c/s cực đại:khiLưu ý: Luôn có 2 giá trị R tiêu thụ c/s P < Pmax :V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN:+-+-IRRPOrR1R2PTóm lại:KhithìKhithìV – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN:+-+-IRVí dụ:Cho mạch điện như hình vẽ. = 6V; r = 2; R = 4 Tính cường độ dđ, công suất tiêu thụ của R, c/s và hiệu suất của nguồn điện. Thay R’ thấy công suất của mạch ngoài vẫn không đổi. Tính R’.Phải thay R = ? để nguồn phát ra công suất lớn nhất? Tính giá trị Pmax.1 – Ghép nối tiếp:VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU:+-+-IRVí dụ: 5 cục pin loại (3V, 0,2) ghép nối tiếp sẽ tương đương với một nguồn có SĐĐ và điện trở trong bao nhiêu?RĐS: 15V và 12 – Ghép song song:VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU:+-+-IRVí dụ: 5 cục pin loại (6V, 2) ghép song song sẽ tương đương với một nguồn có SĐĐ và điện trở trong bao nhiêu?RĐS: 6V và 0,43 – Ghép hỗn hợp đối xứng:VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU:+-+-IRVí dụ: 6 cục pin loại (3V; 1,5) có bao nhiêu cách ghép thành bộ đối xứng? Tính SĐĐ và điện trở trong của bộ nguồn tương đương trong mỗi cách đó.Rn dãy song songm nguồn nối tiếpVII – MẠCH TAM GIÁC - SAO:ABCABCoRARBRCrArBrCVII – MẠCH TAM GIÁC - SAO:ABCABCoRARBRCrArBrCVí dụ: RA = 5, RB = 2, RC = 3 thì rA = 0,6; rB = 1,5, rC = 1VIII – MẠCH CẦU:+-R1R2R4ABMNR3TH1: (CẦU CÂN BẰNG) R5+-R1R2R4ABMNR3Khi đó: I5 = 0 và VM = VN+-R1R2R4ABMNR3bỏ R5chập M với NVí dụ: có 5 điện trở bằng nhau và bằng R được ghép thành mạch cầu. Tính RtđĐS: Rtđ = RVIII – MẠCH CẦU:TH2: (CẦU 0 CÂN BẰNG) Biến đổi mạch  → Y+-R1R2R4ABMNR3R5rMrArN+A-R2R4BMNR5Ví dụ: +-R1R2R4ABMNR3R5R6KR1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R =130. Tính Rtđ khi K mở và khi K đóng.ĐS: Rtđ = R = 130VIII – MẠCH CẦU:Ứng dụng: đo điện trở bằng cầu Wheastone:Rx: điện trở cần đoR0: điện trở chuẩn, đã biếtDi/c con chạy C đến khi điện kế G chỉ số 0. Khi đó cầu cân bằng. Ta có tỉ số:RXB+-IAGCR0Vậy:Ví dụ: AB = 100cm; AC = 25cm; R0 = 90. Tính RXĐS: RX = 30VIII – MẠCH CẦU:VÍ DỤ: Các điện trở đều bằng R = 120. Tính Rtđ khi dđ:ABDC12345ABDCO12345678a) Vào A ra Cb) Vào A ra Bc) Vào B ra Da) Vào A ra Cb) Vào A ra Bc) Vào A ra OBÀI TẬPVÍ DỤ: Cho đoạn mạch như hình vẽ: E1 = 3V, E2 = 6V, r1 = r2 = 1, R1 = R2 = 5, RA = 0. E2, r2ABDCR1R2AE1, r1Tính số chỉ của ampe kế và UBD.Thay ampe kế bằng vôn kế có điện trở rất lớn thì vôn kế chỉ bao nhiêu?Đảo cực của nguồn E2 tìm lại kết của câu a và b.I1I2I12