Công thức định luật Ôm cho toàn mạch, Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng – Vật Lý 11 bài 9
Khi pin Leclanse (pin thông thường) được sử dụng trong một thời gian dài, điện trở trong bộ lọc tăng lên đáng kể và dòng điện do pin tạo ra trong mạch kín trở nên khá nhỏ.
Bạn đang xem: Cường độ dòng điện toàn mạch
Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng có nội dung tương tự trong bài viết này sẽ giải thích mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong mạch điện kín với điện trở trong của nguồn điện và các phần tử khác của mạch điện.
I. Thí nghiệm
• Toàn mạch là mạch kín gồm: Các nguồn điện nối với mạch ngoài là các hạt tải điện có điện trở R tương đương.
• Mạch điện như hình vẽ:
– Trong đó ampe kế (có điện trở rất nhỏ) đo độ lớn I của cường độ dòng điện chạy trong mạch kín, vôn kế (có điện trở rất lớn) đo hiệu điện thế VN mạch ngoài và biến trở cho phép thay đổi hiệu điện thế ngoài mạch. điện trở mạch.
– Tiến hành đo kiểm với mạch này cho các giá trị I và UN đo được như bảng sau:
| Tôi(A) | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | |
| U(F) | 3,05 | 2,90 | 2,80 | 2,75 | 2,70 | 2,55 | 2,50 | 2,40 |
Các giá trị đo được này được biểu diễn bằng đồ thị sau:
II. Định luật Ôm cho toàn mạch
• Xác định định luật Ôm cho toàn mạch
Tích của dòng điện và điện trở được gọi là điện áp rơi. Do đó, tích IRN còn được gọi là điện áp rơi của mạch ngoài.
– Suất điện động của nguồn điện bằng tổng hiệu điện thế giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong.
E=IRN+Ir UN=IRN và
• Biểu thức định luật Ôm cho toàn mạch:
– Trong đó:
I: Cường độ dòng điện của mạch kín (A)
E: Sức điện động (V)
RN: Điện trở ngoài (Ω)
r: Điện trở trong (Ω)
• Phát biểu định luật Ôm cho toàn mạch:
– Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của đoạn mạch đó.
– Xin lưu ý:
E = UN khi r = 0 hay mạch hở I=0.
III. Để lại bình luận
1. Hiện tượng đoản mạch
Đoản mạch là hiện tượng xảy ra khi nối hai cực của nguồn điện với chỉ một dây dẫn có điện trở rất nhỏ.
– Khi bị ngắn mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn (max.) và gây ra hiện tượng đoản mạch dẫn đến nhiều vụ cháy nổ (RN ≈ 0):
2. Định luật Ôm cho toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
– Công của nguồn điện sinh ra trong thời gian t: A = E.It
– Nhiệt lượng tỏa ra toàn mạch: Q = (RN + r)I2t
– Theo định luật bảo toàn cơ năng: A = Q ⇔ E.It = (RN + r)I2t
⇒ Định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa cơ năng.
3. Hiệu quả cung cấp điện
Công thức tính hiệu suất năng lượng:
(ACI = Công ích).
– Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở RN:
IV. Bài tập vận dụng định luật Ôm cho toàn mạch và định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng.
* Bài 1 trang 54 SGK Vật Lý 11: Định luật Ôm cho toàn mạch đề cập đến loại mạch kín nào? Nêu tên định luật và viết quan hệ biểu thị định luật đó.
° Giải bài 1 trang 54 SGK Vật Lý 11:
– Định luật Ôm cho toàn mạch chỉ loại mạch kín đơn giản nhất, gồm nguồn điện có suất điện động và điện trở trong r, mạch ngoài gồm các dây dẫn có điện trở tương đương RN.
– Định lý định luật Ôm đối với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của đoạn mạch đó.
– Biểu thức định luật Ôm cho toàn mạch:
Đẹp = Tôi(RN + r)
* Bài 2 trang 54 SGK Vật Lý 11: Điện áp rơi trên một mạch là gì? Nêu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và độ giảm điện áp của các đoạn mạch trong mạch kín.
° Lời giải bài 2 trang 54 SGK Vật Lý 11:
– Độ giảm thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở của mạch: UN=I.RN
– Mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và độ giảm điện áp của các đoạn mạch trong mạch kín:
– Suất điện động của nguồn điện bằng tổng hiệu điện thế giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong. ξ = I(RN + r).
* Bài 3 trang 54 SGK Vật Lý 11: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra hậu quả gì? Có cách nào để tránh hiện tượng này?
° Giải bài 3 trang 54 SGK Vật Lý 11:
◊ Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi hai cực của nguồn điện được nối với một dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Khi đó dòng điện trong mạch rất lớn và có hại
◊ Biện pháp phòng ngừa:
– Mỗi thiết bị điện phải sử dụng công tắc riêng;
– Tắt các thiết bị điện (rút phích cắm) ngay khi không sử dụng nữa;
– Nếu trong mỗi công tắc có lắp một cầu chì thì nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi dòng điện qua cầu chì quá lớn.
* Bài 4 trang 54 SGK Vật Lý 11: Chọn câu trả lời đúng
Trong một mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài UN phụ thuộc như thế nào vào điện trở RN của mạch ngoài?
A. VN tăng thì RN tăng
B. VN giảm khi RN giảm
C. VN không phụ thuộc vào RN
D. Lúc đầu UN giảm, sau đó tăng khi RN tăng dần từ 0 đến vô cùng.
° Đáp án bài 4 trang 54 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn câu trả lời: A. VN tăng khi RN tăng
– Chúng ta có:
– Vậy khi RN tăng thì
giảm và VN tăng.
* Bài 5 trang 54 SGK Vật Lý 11: Nếu mắc một điện trở 14 vào hai đầu một nguồn điện có điện trở trong 1 thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là 8,4 V.
a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn điện.
b) Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó.
° Giải bài 5 trang 54 SGK Vật Lý 11:
a) Cường độ dòng điện trong mạch:
– Suất điện động của nguồn điện: ξ = I.RN + Ir = UN + Ir = 8,4 + 0,6.1 = 9(V).
b) Điện dung mạch ngoài: Ρvòng = UI = 8,4.0,6 = 5,04(W).
– Công suất của nguồn điện: Ρnguồn = ξ.I = 9.0,6 = 5,4(W).
* Bài 6 trang 54 SGK Vật Lý 11: Điện trở trong của một viên pin là 0,06Ω và trên nắp của nó có ghi dòng chữ 12 V. Nối với hai cực của viên pin này là một bóng đèn có ghi dòng chữ 12V-5W.
a) Chứng tỏ khi đó bóng đèn gần như bình thường và tính công suất tiêu thụ thực tế của bóng đèn khi đó.
b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.
° Đáp án bài 6 trang 54 SGK Vật Lý 11:
a) Theo bài, bóng đèn ghi 12V – 5W ⇒ hiệu điện thế danh định của bóng đèn là Uđm = 12V, công suất danh định của bóng đèn là Pđm = 5W.
Điện trở của bóng đèn là:
Cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn là:
– Hiệu điện thế hai bên bóng đèn lúc này: U = IR = 0,4158.28,8 = 11,975(V).
– Giá trị này gần với điện áp danh định ghi trên bóng nên ta sẽ thấy đèn sáng gần như bình thường.
– Công suất mà bóng đèn tiêu thụ lúc này là: P = UI = 11,975.0,4158 ≈ 4,98(W).
b) Hiệu suất của nguồn điện là:
.100%
.100% = 99,8%.
* Bài 7 trang 54 SGK Vật Lý 11: Nguồn điện có suất điện động 3V và điện trở trong 2Ω. Mắc song song hai bóng đèn giống nhau có cùng điện trở 6Ω vào hai đầu nguồn điện này.
a) Tính công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn.
b) Nếu lấy bớt một bóng thì bóng còn lại sáng hơn hoặc mờ hơn bóng trước.
Xem thêm: Cách khai báo y tế cho học sinh lớp 1, Hệ thống thông tin quản lý khai báo y tế
° Đáp án bài 7 trang 54 SGK Vật Lý 11:
a) Điện trở tương đương của hai đèn:
Dòng điện trong mạch:
– Vì hai bóng đèn giống nhau mắc song song nên cường độ dòng điện qua mỗi đèn là: Id1 = Id2 = I/2 = 0,3(A).
