Những định luật cơ bản của dòng điện không đổi

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

Những định luật cơ bản của dòng điện không

1. Dòng điện không đổi

Dòng điện. Tác dụng của dòng điện

Dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện gọi là dòng diện.

Người ta quy ước chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các điện tích dương. Như vậy trong dây dẫn kim loại chiều dòng điện ngược với chiều chuyển động của các êlectrôn..

Dòng điện chạy trong vật dẫn làm cho vật dẫn nóng lên. Đó là tác dụng nhiệt của dòng điện.

Dòng điện chạy qua một số dung dịch (dung dịch điện phân) làm thoát ra ở điện cực những chất tạo thành dung dịch đó. Đó là tác đụng hoá học của dòng điện.

Xung quanh dòng diện có một từ trưòng. Đó là tác dụng từ của dòng điện. Thí nghiệm chứng tỏ rằng tác dụng từ là dấu hiệu tổng quát nhất để nhận biết dòng điện. Còn tác dụng hoá học chỉ có khi dòng điện chạy qua các dung dịch điện phân. Khi dòng điện chạy qua vật siêu dẫn chẳng hạn nó không gây ra tác dụng nhiệt. Các tác dụng trên dây dẫn tới tác dụng cơ học và tác dụng sinh lí của dòng điện.

Điện thế - Hiệu điện thế

I. Điện thế - Hiệu điện thế
Trong điện học, điện thế là trường thế vô hướng của điện trường. Cũng như mọi trường thế vô hướng, điện thế có giá trị tùy theo quy ước điện thế của điểm lấy mốc. Trong kỹ thuật điện và điện tử học, khái niệm hiệu điện thế hay điện áp thường được dùng khi so sánh điện thế giữa hai điểm, hoặc nói về điện thế của một điểm khi lấy điểm kia là mốc có điện thế bằng 0.

[li]Điện thế tại 1 điểm M trong điện trường được tính theo công thức:

[tex]V_M=\frac{A_M \infty}{q}[/tex]

A: Jun (J)
q: coulumb (C)
V: Volt (V)

[tex]A_M \infty[/tex] : công của lực điện trường khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới rất xa (vô cực)

[tex]V_ \infty =0[/tex][/li]
[li]Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường được tính bởi:

[tex]U_{MN}=V_M-V_N=\frac{A_MN}{q}[/tex]

U : Volt (V)
A[sub]MN[/sub] : công của lực điện trường khi điện tích q di chuyển từ M đến N.[/li]

II. Điện thế tạo bởi điện tích điểm

[tex]V=\frac{k}{ \epsilon}. \frac{q}{r}[/tex]

r : khoảng cách từ điện tích điểm đến điểm khảo sát.

III. Sự chồng chất điện trường
Nếu các điện tích q[sub]1[/sub], q[sub]2[/sub],.... gây ra tại điểm M các điện thế V[sub]1[/sub], V[sub]2[/sub], ... thì điện thế toàn phần gây ra bởi hệ điện tích được tính bởi:

[tex]V=V_1+V_2+...+V_n= \sum_{1}^n V_i[/tex]

IV. Thế năng tĩnh điện
Thế năng của điện tích q đặt trong điện trường tại điểm có điện thế V được cho bởi
[tex]W_t=qV[/tex]
W : Jun (J)
V : Volt (V)
q : Coulumb (C)

[size=14pt]Cường độ dòng điện[/size]

[tex]I=\frac{\Delta q}{\Delta t}[/tex]

Vậy cường độ dòng điện được đo bằng thương số của điện lượng Dq di chuyên qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian nhỏ Dt và khoảng thời gian đó.

Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện không đổi.

[tex]I=\frac{q}{t}[/tex]

Trong đó q là điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t.

Trong hệ SI đơn vị cường độ dòng điện có tên gọi là ampe, kí hiệu A, được chọn là một trong bảy đơn vị cơ bản và được định nghĩa theo tương tác từ của dòng điện

Người ta cũng hay dùng các ước của ampe.

1 miliampe (mA) = 10[sup]-3[/sup]ampe

1 micrôampe (mA) = 10[sup]6[/sup]ampe.

Khi mắc ampe kế vào bất kì điểm nào của mạch điện gồm nhiều nguồn điện và vật dẫn mắc nối tiếp ta cũng thấy ampe kế chỉ cùng một trị số. Điều đó chứng tỏ cường độ dòng điện tại các điểm trong các đoạn mạch mắc nối tiếp đều có giá trị như nhau.

[tex]Q=It[/tex] (23.3)

Trong công thức trên nếu đặt I = 1A, t= 1s thì q = 1 đơn vị điện lượng, trong hệ SI có tên gọi là culông, kí hiệu là C:

1C = 1A.1s = 1A.s

Cu lông là điện lượng của một dòng điện không đổi có cường độ 1A chạy qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong thời gian 1s.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

2. ĐỊnh luật Ohm cho đoạn mạch - Điện trở

Định luật Ôm

Định luật Ôm cho đoạn mạch, phát biểu như sau:

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch đó.

Đại lượng nghịch đảo của k đặc trưng cho vật dẫn về tính chất cản trở dòng điện, được gọi là điện trở R của vật dẫn.

[tex]R=\frac{1}{k}[/tex] (24.2)

Do đó công thức (24.1) của định luật Ôm được viết dưới dạng:

[tex]I=\frac{Q}{R}[/tex]

Vậy: Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch đó và tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch.

Điện trở. Đơn vị điện trở

[tex]R=\frac{U}{I}[/tex] (24.5)

Điện trở của vật dẫn đặc trưng cho tính chất điện của nó. Vì vậy thông thường đáng lẽ nói “vật dẫn có điện trở R” ta có thể nói gọn “điện trở R”. Trong các mạch điện ngời ta cũng hay dùng các biến trở là những dụng cụ có điện trở thay đổi được.

Trong công thức (24.5) nếu U = 1V, I = 1A thì R = 1 đơn vị điện trở trong hệ SI, có tên gọi là Ôm, kí hiệu là [tex]\Omega[/tex].

[tex]1\Omega=\frac{1V}{1A}[/tex]

Ôm là 1 điện trở của một vật dẫn đồng tính sao cho khi hai đầu vật dẫn có hiệu điện thế không đổi 1 vôn thì trong vật dẫn có dòng điện cường độ 1 ampe chạy qua.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

3. Sự phụ thuộc điện trở vật dẫn vào nhiệt độ - Hiện tượng siêu dẫn

Sự phụ thuộc của điện trở vật dẫn vào bản chất, kích thước và hình dạng vật dẫn

ở một nhiệt độ nhất định điện trở của một dây dẫn đồng tính hình trụ, có tiết diện S, chiều dài l, có thể tính bằng công thức đơn giản, được thiết lập bằng thí nghiệm.

[tex]R=\rho \frac{l}{S}[/tex]

Trong đó [tex]\rho[/tex] (đọc là rô) gọi là điện trở suất của chất cấu tạo nên vật dẫn ở nhiệt độ đang xét.

Từ công thức (24.6) ta rút ra.

[tex]\rho =R \frac{S}{l}[/tex]

Trong hệ SI, nếu đặt R = 1 [tex]\Omega[/tex], S = 1m[sup]2[/sup], l = 1m thì [tex]\rho[/tex] = 1 đơn vị điện trở suất, có tên gọi là ôm. Mét, kí hiệu là [tex]\Omega m[/tex]

Các chất điện môi có điện trở suất rất lớn, có thể tới 1018 W.m.. Kim loại có điện trở suất nhỏ trong khoảng 10[sup]-8[/sup] đến 10[sup]-6[/sup] .[tex]\Omega m[/tex]

Cần chú ý rằng điện trở của vật dẫn tính theo công thức (24.6) thường được gọi là điện trở thuần, nó biểu hiện tác dụng nhiệt của dòng điện. Trong trường hợp dòng điện xoay chiều, vật dẫn còn có thể có tác dụng cản trở khác đối với dòng điện. Dưới đây ta hiểu R là điện trở thuần.

Hiện tượng siêu dẫn

Nếu nhiệt độ của kim loại giảm đều thì điện trở của mim loại cũng giảm đều. Tuy nhiên ở những nhiệt độ rất thấp điện trở của một số kim loại và hợp kim biến đổi theo nhiệt độ một cách đặc biệt: khi nhiệt độ hạ xuống dưới một nhiệt độ T[sub]0[/sub] nào đó điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu dẫn. Khi đó kim loại hoặc hợp kim đó trở thành siêu dẫn.

Khi vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn, điện trở của nó bằng không. Vì vậy nếu trong một vòng dây siêu dẫn có dòng điện chạy thì dòng điện này có thể tồn tại rất lâu sau khi bỏ nguồn điện đi.

Các chất siêu dẫn có nhiều ứng dụng thực tế. Người ta đã chế tạo ra những nam châm điện có cuộn dây bằng chất siêu dẫn, có thể tạo ra từ trường mạnh trong một thời gian dài mà không hao phí năng lượng vì toả nhiệt.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

4. Đoạn mạch nối tiếp và song song.

Mắc nối tiếp

Trong đoạn mạch mắc nối tiếp, các vật dẫn được mắc liên tiếp nhau, không có sự phân nhánh (H.26.1). Cường độ dòng điện I có giá trị như nhau ở các vật dẫn mắc nối tiếp. Gọi điện trở của các vật dẫn là R1, R2... Rn, áp dụng định luật Ôm cho các phần của đoạn mạch ta có hiệu điện thế trên các vật dẫn là.

[tex]U_1=IR_1[/tex]; [tex]U_2=IR_2[/tex], ... [tex]U_n=IR_n[/tex]

Thí nghiệm cho thấy hiệu điện thế U giữa hai đầu của cả đoạn mạch bằng tổng các hiệu điện thế hai đầu từng phần đoạn mạch.

[tex]U=U_1+U_2+...+U_n[/tex] (26.1)

Vì vậy [tex]U=IR_1+IR_2+...+IR_n=I(R_1+R_2+...+R_n)[/tex] (26.2)

Gọi R là điện trở toàn phần của cả đoạn mạch ta có.

[tex]U=IR[/tex] (26.3)

Do đó [tex]R=R_1+R_2+...+R_n[/tex] (26.4)

Vậy điện trở toàn phần của đoạn mạch mắc nối tiếp bằng tổng điện trở của từng phần đoạn mạch.

Ta lưu ý rằng trong đoạn mạch nối tiếp hiệu điện thế trên các điện trở tỉ lệ thuận với điện trở của chúng.

[tex]\frac{U_1}{R_1}=\frac{U_2}{R_2}=....=\frac{U_n}{R_n}=\frac{U}{R}[/tex]

Mắc song song

Trong đoạn mạch mắc song song (H.26.2) các vật dẫn có điểm đầu mắc chung vào điẻm A và điểm cuối mắc chung vào điểm B. Hiệu điện thế giữa hai đầu của từng vật dẫn đều có giá trị bằng hiệu điện thế U giữa hai đầu A và B của đoạn mạch. Dòng điện I trong mạch chính rẽ thành các dòng điện I1, I2... In trong các nhánh. Áp dụng định luật Ôm cho các nhánh, ta có.

[tex]I_1=\frac{U}{R_1}[/tex] ; ....; [tex]I_n=\frac{U}{R_n}[/tex]

Với R[sub]1[/sub] R[sub]2[/sub]... R[sub]n[/sub] là điện trở của các vật dẫn trong các nhánh.

Vì dòng điện là không đổi, nên ở điểm rẽ nhánh A (còn gọi là nút) trong một đơn vị thời gian có bao nhiêu điện tích đi đến, thì có bấy nhiêu điện tích đi khỏi. Do đó ở đây ta có

[tex]I=I_1+I_2+...+I_n[/tex] (26.7)

[tex]I=U(\frac{1}{R_1}+ \frac{1}{R_2}+...+ \frac{1}{R_n})[/tex]

Vì vậy

Điện trở tương đương R của cả đoạn mạch AB là điệnt rở mà khi ta mắc vào đoạn mạch AB thay cho các điện trở R[sub]1[/sub] R[sub]2[/sub]... R[sub]n[/sub] mắc song song thì cường độ dòng điện trong mạch chính vẫn là I khi hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB vẫn là U, nghĩa là:

[tex]I=\frac{U}{R}[/tex]

[tex]\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+ \frac{1}{R_2}+...+ \frac{1}{R_n}[/tex]
Vậy nghịch đảo của điện trở tương đương của đoạn mạch mắc song song bằng tổng các nghịch đảo của điện trở trong các nhánh.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

5. Điện trở phụ trong các dụng cụ đo điện

Mắc sơn trong ampe kế

Như ta đã biết để đo cường độ dòng điện chạy qua một vật dẫn ta mắc ampe kế nối tiếp với vật dẫn đó. Vì ampe kế cũng là một vật dẫn có một điện trở R[sub]A[/sub] nào đó, nên điện trở của đoạn mạch có ampe kế tăng lên. Với cùng hiệu điện thế như trước cường độ dòng điện qua đoạn mạch giảm đi. Để cho ampe kế ít ảnh hưởng đến cường độ dòng điện cần đo, phải làm cho điện trở của ampe kế nhỏ so với điện trở R của mạch ( [tex]R_A<R[/tex] ). Mặt khác nhiều khi ta cần có ampe kế đo được những dòng điện có cường độ lớn. Để thảo mãn hai yêu cầu nói trên người ta mắc điện trở phụ trong ampe kế.

Ampe kế gồm một điện kế G mắc song song với một điện trở phụ gọi là sơn( tiếng Anh shunt) (H.27.1). Ta gọi điện trở của điện kế là R[sub]g'[/sub] của sơn là R[sub]s'[/sub] cường độ dòng điện qua điện kế là I[sub]g'[/sub] qua sơn là I[sub]s'[/sub] qua ampe kế là I.

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch song song, ta có.

[tex]\frac{I_s}{I_g}=\frac{R_g}{R_s}=n[/tex]

Dòng điện trong mạch chính qua ampe kế là

[tex]I=I_g+I_s[/tex]

Hay [tex]I=I_g(1+n)[/tex] (27.2)

Từ đó: [tex]I_g=\frac{1}{1+n}[/tex]

Nghĩa là cường độ dòng điện Ig đi qua điện kế chỉ bằng [tex]\frac{1}{1+n}[/tex] cường độ dòng điện I qua ampe kế mà ta cần đo.

Như vậy khi mắc thêm sơn ta có thể đo được dòng điện lớn gấp (n + 1) lần dòng điện qua điện kế.

Điện trở phụ trong vôn kế

Khi đo hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch ta đùng vôn kế. Đoạn mach nằm giữa hai điểm này cùng với vôn kế lập thành mạch song song. Nói cách khác: vôn kế mắc song song với đoạn mạch mà ta cần đo hiệu điện thế. Hiệu điện thế trên vôn kế cũng chính là hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch.

Vì vôn kế mắc song song với đoạn mạch nên điện trở của đoạn mạch giảm đi. Để cho vôn kế ít ảnh hưởng đến hiệu điện thế cần đo, điện trở của vôn kế phải lớn so với điện trở của đoạn mạch cần đo.

Vôn kế gồm một điện kế G mắc nối tiếp với một điện trở phụ. Nhờ vậy vôn kế có điện trở lớn. Hiệu điện thế ở hai đầu vôn kế tỉ lệ với cường độ dòng điện qua điện kế, do đó có thể xác định hiệu điện thế theo độ lệch của kim điện kế.

Gọi điện trở của điện kế là R[sub]g[/sub], trên điện trở phụ là U[sub]p[/sub] và hiệu điện thế cần đo ở hai đầu vôn kế là U, ta có.

[tex]U=U_g+U_p[/tex]

[tex]\frac{U_p}{U_g}=\frac{R_p}{R_g}=m[/tex]

và

[tex]U_g=\frac{U}{1+m}[/tex]

Như vậy hiệu điện thế hai đầu điện kế chỉ bằng [tex]\frac{U}{1+m}[/tex] hiệu điện thế cần đo. Điện trở phụ Rp càng lớn hơn Rg, điện trở của vôn kế càng lớn và vôn kế đo được hiệu điện thế càng lớn.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

6. Nguồn điện. Suất điện động của nguồn điện.

Nguồn điện

Muốn có dòng điện lâu dài cần phải tạo ra và duy trì hiệu điện thế đó. Cơ cấu để tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện gọi là nguồn điện.

Nguồn điện nào cũng có hai cực luôn luôn ở trạng thái nhiễm điện khác nhau và giữa hai cực đó có duy trì một hiệu điện thế. Để tạo ra các cực nhiễm điện như vậy cần phải thực hiện một công để tách các êlectrôn ra khỏi nguyên tử trung hoà, rồi chuyển các êlectrôn hoặc iôn dương được tạo thành như thế ra khỏi mỗi cực. Khi đó một cực sẽ thừa nhiều êlectrôn được gọi là cực âm,cực còn lại thiếu êlectrôn hoặc thừa ít êlectrôn hơn cực kia gọi là cực dương của nguồn điện. Vì lực điện tác dụng giữ êlectrôn và iôn dương là lực hút, nên để tác chúng ra xa nhau như thế, cần phải có những lực mà bản chất không phải là lực điện; người ta gọi đó là lực lạ.

Trong các loại nguồn điện khác nhau lực lạ có bản chất khác nhau và quá trình thực hiện công của lực lạ đó gắn liền với quá trình chuyển hoá từ một dạng năng lượng nào đó (như hoá năng, cơ năng, nội năng...) thành năng lượng điện. Trong pin và acquy lực lạ chính là lực hoá học còn trong các máy phát điện lực lạ là lực từ trường tác dụng lên các êlectrôn chuyển độngt rong dây dẫn.

Suất điện động của nguồn điện

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đo bằng thương số của công A của các lực lạ làm di chuyển điện tích dương q bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích q đó.

[tex]E=\frac{A}{q}[/tex]

Công thức này cho thấy suất điện động cũng có đơn vị giống như đơn vị hiệu điện thế là vôn (V)

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

7. Nguồn điện hoá học

Hiệu điện thế điện hoá

Nguồn điện đầu tiên sinh ra dòng điện khá lớn và tồn tại khá lâu dài là nguồn điện hoá học. Ta nghêin cứu quá trình xảy ra trong các nguồn điện hoá học

Thí nghiệm chứng tỏ rằng nếu một kim loại bất kì nào đó tiếp xúc với một chất điện phân (dung dịch muối, axit, bazơ)thì trên kim loại và dung dịch điện phân có xuất hiện các điện tích trái dấu. Khi đó giữa kim loại và dung dịch điện phân có một hiệu điện thế xác định gọi là hiệu điện thế điện hoá.

Để giải thích sự xuất hiện hiệu điện thế điện hoá ta xét trường hợp đơn giản: một thanh kim loại nhúng trong dung dịch muối kim loại đó, thí dụ kẽm trong dung dịch kẽm sunfat (ZnSO[sub]4[/sub]). Do tác dụng của lực hoá học những iôn dương kẽm Zn[sup]++[/sup] tách khỏi thanh kim loại và đi vào dung dịch, vì thế thanh kẽm tích điện âm, còn dung dịch có thêm iôn dương nên tích điện dương. Tại lớp tiếp xúc mỏng giữa kẽm và dugn dịch có xuất hiện một điện trường nghĩa là có một hiệu điện thế (H.29.1). Vectơ cường độ điện trường này hướng từ dung dịch đến thanh kẽm, vì vậy các iôn Zn[sup]++[/sup] tách ra khỏi cực kẽm muốn đi vào dung dịch thì phải thắng lực cản của điện trường. Lực hoá học đã thực hiện một công làm chuyển dời các iôn Zn[sup]++[/sup] đi ngược chiều điện trường ở lớp mỏng đó. Sự tích tụ mật độ điện tích trái dấu trên thanh kẽm và dung dịch càng lớn thì hiệu điện thế giữa chúng càng lớn. Khi hiệu điện thế này đạt đến một giá trị xác định nào đó thì nó ngăn không cho iôn Zn[sup]++[/sup] tan thêm nữa. Đó là lúc lực điện trường và lực hoá học cân bằng nhau. Hiệu điện thế ứng với sự cân bằng đó chính là hiệu điện thế điện hoá giữa thanh kim loại và dung dịch điện phân đã cho. Hiệu điện thế điện hoá phụ thuộc vào bản chất kim loại và nồng độ dung dịch điện phân.

Khi nhúng hai vật dẫn kim loại khác nhau về phương diện hoá học vào dugn dịch điện phân, thì do hai hiệu điện thế điện hoá giữa mỗi vật và dung dịch điện phân là khác nhau, nên giữa hai vật đó có một hiệu điện thế xác định. Dựa trên cơ sở đó người ta chế tạo các nguồn điện hoá học.

Pin

Pin Đanien gồm một cực kẽm nhúng vào dung dịch kẽm sunfat ZnSO[sub]4[/sub] và một cực đồng nhúng vào dung dịch đồng sunfat CuSO[sub]4[/sub]. Hai dung dịch đó ngăn cách nhau bằng một vách xốp (H.29.2), vách xốp này không ngăn cản sự chuyển động của các iôn nhưng lại giữ cho hai dung dịch không trộn vào nhau. Suất điện động của pin Danien khoảng 1,1V.

Một loại pin rất thông dụng là pin Lơclăngsê (Leclanché), có cực âm là kẽm, cực dươnglà một thanh than bao bọc xung quanh bằng một hỗn hợp đã nén chặn gồm mângn điôxit MnO[sub]2[/sub] và graphit để tăng độ dẫn điện, dung dịch điện phân là dung dịch amôn clorua (NH[sub]4[/sub]Cl). Suất điện động của pinkhoảng 1,5V. Mângn điôxit là một chất ôxi hoá mạnh có tác dụng khử (hấp thụ) khí hiđrô hiện ra ở cực khi pin hoạt động (khí này làm giảm nhanh hiệu điện thế giữa hai cực)

Để tiện dùng người ta chế tạo pin Lơclăngsê dưới dạng pin khô. Khi đó dung dịch NH[sub]4[/sub]Cl được trộn trong một thứ hồ đặc rồi đóng vào trong một vỏ pin bằng kẽm, vỏ pin này là cực âm (H.29.3).

Ắc quy

Acquy đơn giản là acquy chì (còn gọi là acquy axit) gồm một bình đựng dung dịch axit sunfuric, trong có nhúng hai tấm chì, trên mặt phủ một lớp chì ôxit PbO. Acquy chì hiện nay dùng trong thực tế có các cực gồm nhiều tấm chì có lỗ, trong đó những lỗ của cực dương được nhồi chất Pb[sub]3[/sub]O[sub]4[/sub] màu xám, còn những lỗ của cực âm được nhồi chất PbO, cực dương gồm nhiều bản nối với nhau đặt xen kẽ với những bản cực âm cũng nối với nhau, nhúng trong dung dịch H[sub]2[/sub]SO[sub]4[/sub] (nồng độ 20-30%).

Trước khi dùng làm nguồn điện ta phải nạp điện cho acquy. Lúc này acquy đóng vai trò một máy thu, nó tích trữ điện năng dưới dạng hoá năng. Khi nạp điện choacquy người ta cho dòng điện một chiều đi vào acquy. Dung dịch axit sunfuric bị điện phân, làm xuất hiện hiđrô và ôxi ở hai bản chì. ở bản nối với cực âm của nguồn điện chì ô xit PbO bị khử mất ôxi và thành chì Pb (H.29.4). Bản này sẽ thành cực âm của acquy. Còn ở bản nối với cực dương của nguồn điện thì có ôxi bám vào, ô xi hoá Pb[sub]3[/sub]O[sub]4[/sub] thành chì điôxit PbO[sub]2[/sub]. Bản này sẽ trở thành cực dương của acquy. Khi hai cực đã trở thành Pb và PbO[sub]2[/sub] thì giữa chúng có một hiệu điện thế. Acquy đã trở thành nguồn điện và bây giờ tự nó có thể phát ra dòng điện.

Nếu ta nối hai cực của acquy đã được nạp điện bằng một dây dẫn thì dòng điện chạy trong dây sẽ có chiều ngược với dòng điện lúc nạp vào acquy. Dòng điện này sẽ gây ra quá trình hoá học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phân nhưng lần này các iôn chuyển dời ngược chiều với lúc đầu: hiđrô sẽ chạy về bản PbO[sub]2[/sub] và khử ôxi, làm cho bản này trở thành chì ôxit PbO, còn ôxi chạy về bản Pb và ôxi hoá bản ấy thành chì ôxit PbO. Cho đến khi hai cực đã hoàn toàn giống nhau thì dòng điện tắt. Bây giờ muốn acquy lại phát điện, ta phải nạp điện cho nó để hai cực lại trở thành Pb và PbO[sub]2[/sub].

Như vậy acquy là một nguồn điện hoạt động dựa trên phản ứng hoá học thuận nghịch: nó tích trưc năng lượng dưới dạng hoá năng (lúc nạp) để rồi giải phóng năng lượng ấy dưới dạng điện năng (lúc phát điện).

Ngoài loại acquy axit nói trên người ta còn dùng acquy kiềm thường gồm hai loại: acquy sắt - kền và qcquy cađimi - kền. Trong acquy cađimi-kền, cực dương được làm bằng kền hiđrôxit Ni(OH)[sub]2[/sub], còn cực âm làm bằng cađimi hiđrôxit Cd(OH)[sub]2[/sub],các cực đó nhúng trong dung dịch kềm KOH hoặc NaOH, Acquy kiềm có hiệu suất nhỏ hơn acquy axit nhưng lại rất tiện lợi vì nhẹ và bền hơn.

Suất điện động cua acquy có giá trị ổn định khoảng 2,1V. Khi suất điện động giảm xuống đến 1,85V thì ta phải nạp điện lại cho acquy. Mỗi acquy có một dung lượng xác định. Dung lượng của qcquy là điện lượng lớn nhất mà acquy có thể cung cấp được khi nó phát điện. Dung lượng của acquy được tính bằng ampe. giờ (kí hiệu A.h). Ampe.giờ là điện lượng do dòng điện có cường độ 1A tải đi trong một giờ: 1A.h = 3600C.

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

8. Công và công suất của dòng điện. Định luật Jun - Lenx.

Công và công suất của dòng điện ở một đoạn mạch tiêu thụ điện năng

[tex]A=q.U=U.I.t[/tex] (30.1)

Công của dòng điện là công của lực điện trường làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch. Vậy công của dòng điện sản ra trên đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện đi qua

Định luật Jun –Lenxơ

Nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.

[tex]Q=RI^2t[/tex] (30.4)

Nhiệt lượng toả ra trên vật dẫn trong khoảng thời gian 1 ngày là số đo công suất toả nhiệt, kí hiệu Pn. Ta có

[tex]P_n=RI^2[/tex]

Công và công suất của nguồn điện

Nguồn điện sinh công A làm chuyển dời các điện tích tự do trong toàn mạch. Theo định luật bảo toàn năng lượng công này bằng công của lực lạ làm di chuyển điện tích bên trong nguồn.

Theo công thức (30.1) ta có.

[tex]A=qE=EIt[/tex]

Từ đó suy ra công suất của nguồn điện

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

9. Công suất của máy thu điện.

Công suất của máy thu chỉ toả nhiệt

Trong máy thu chỉ toả nhiệt toàn bộ điện năng cung cấp cho máy được chuyển hoá thành nhiệt. Đó là trường hợp đèn điện, bếp điện, bàn là... Các máy thu điện loại này chỉ chứa các điện trở thuần.

Công của dòng điện thực hiện ở máy thu chỉ toả nhiệt được tính theo công thức (30.3)

[tex]A=UIt= \frac{U^2t}{R}[/tex]

Công suất của máy thu chỉ toả nhiệt có trị số bằng công của đòng điện thực hiện trên máy trong khoảng thời gian 1 giây.

[tex]P=\frac{A}{t}=RI^2[/tex]

Suất phản điện của máy thu

Trong máy thu chỉ có một phần nhỏ điện năng cung cấp cho máy chuyển hoá thành nhiệt ở điện trở r’ của máy.

Q’ = r’I[sup]2[/sup]t (31.3)

phần điện năng còn lại A’ được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác. Thí nghiệm chứng tỏ rằng phần điện năng A’ tỉ lệ với điện lượng q chuyển qua máy thu.

Công suất của máy thu

Công tổng cộng A mà dòng điện thực hiện ở máy thu bằng:

A = A’ + Q’

Theo (30.4) và (30.5)

A = E’ It + r’I[sup]2[/sup] t

Đó cũng là điện năng tiêu thụ của máy thu trong khoảng thời gian t.

Công suất của máy thu có trị số bằng công của dòng điện thực hiện ở máy thu trong khoảng thời gian 1 giây.

P = [tex]\frac{A}{t}[/tex] = E’I = r’I[sup]2[/sup]

Trong đó P’ = E’I là công suất có ích của máy thu. Công thức (31.7) có thể viết lại dưới dạng chung (30.2)

P = UI (31.8)

Trong đó: U = E’ + r’I

Là hiệu điện thế đặt vào máy thu.

Chú ý

Trên các máy thu điện người ta thường ghi hai chỉ số: công suất điện P[sub]đ[/sub] (công suất định mức) của máy thu và hiệu điện thế U[sub]đ[/sub] (hiệu điện thế định mức) cần phải đặt vào máy để nó hoạt động bình thường. Khi hiệu điện thế đặt vào máy thu điện có giá trị đúng bằng chỉ số U[sub]đ[/sub] thì công suất tiêu thụ của máy đúng bằng chỉ số Pđ và dòng điện chạy qua máy có cường độ [tex]I_d= \frac{P_d}{U_d}[/tex] gọi là cường độ định mức.

Đo công và công suất của dòng điện

Muốn đo công suất của dòng điện trên một đoạn mạch tiêu thụ điện năng ta dùng một ampe kế để đo cường độ dòng điện qua đoạn mạch và dùng một vôn kế để đo hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch (H.31.1). Từ đó tính công suất của dòng điện trên đoạn mạch theo công thưc (30.2).

Trong kĩ thuật người ta chế tạo ra dụng cụ dùng để đo công suất, gọi là oát kế. Độ lệch của kim chỉ thị trên mặt chia độ cho ta biết công suất tiêu thu trong đoạn mạch.

Để đo công của dòng điện tức là điện năng tiêu thụ trên một đoạn mạch ta dùng máy đếm năng lượng hay công tơ điện. Điện năng tiêu thụ thường được tính ra kilôoát.giờ (kWh):

1kW.h = 3.600.000J

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

10. Định luật Ohm cho toàn mạch.

Định luật Ôm cho toàn mạch

[tex]I=\frac{E}{R+r}[/tex]

Định luật Ôm cho toàn mạch phát biểu như sau:

Cường độ dòng điện trongmạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở tổng cộng của mạch.

Nếu gọi [tex]U_N=E-Ir[/tex]

Hiệu điện thế mạch ngoài cũng là hiệu điện thế [tex]U_{AB}[/tex] giữa cực dương và cực âm của nguồn điện.

Từ (32.4) ta thấy: nếu điện trở trong của nguồn rất nhỏ, không đáng kể ( r »0) hoặc nếu mạch hở (I=0) thì hiệu điện thế giữa hai cực của một nguồn điện bằng suất điện động của nguồn điện.

Nếu điện trở mạch ngoài nhỏ không đáng kể R = 0, theo công thức (32.3), cường độ dòng điện sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào E và r của chính nguồn điện

[tex]I=\frac{E}{r}[/tex]

Ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch.

Vì điện trở trong của pin khá lớn, nên khi pin bị đoản mạch thì dòng điện qua pin cũng không lớn lắm, tuy nhiên sẽ mau hết điện. Nhưng với acquy chì thì điện trở trong vào khoảng 0,1 ôm, nên khi đoảng mạch thì cường độ dòng điện qua acquy sẽ rất lớn, làm hỏng acquy. Mạng điện ở các thành phố thường có hiệu điện thế lớn (110V hoặc 220V) do đó khi bị đoản mạch cường độ dòng điện mạnh có thể làm dây dẫn bốc cháy, có thể gây ra hoả hoạn. Để tránh nguy hiểm người ta phải dùng cầu chì hoặc các rơle ở các mạch điện để ngắt điện tự động khi cường độ dòng điện lớn hơn một giá trị cho trước.

Trường hợp có máy thu

Giả sử trong toàn mạch nói trên có thêm máy thu (acquy cần nạp điện chẳng hạn) mắc nối tiếp với điện trở R (H.32.2).Máy thu có suất phản điện E’ và điện trở r’. Dòng điện I đi vào cực đương của máy thu.

Khi đó năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch bao gồm nhiệt lượng Q toả ra ở các điện trở R và r.

[tex]Q=(R + r)I^2t[/tex]

Và điện năng tiêu thụ ở máy thu, theo công thức (31.6) bằng.

A’’ = E’ IT + r’I[sup]2[/sup]t

Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch phải bằng năng lượng A = EIt do nguồn điện cung cấp, nghĩa là
A = Q + A”

từ đó ta có.

[tex]I= \frac{E-E'}{R+r+r'}[/tex]

Công thức (32.5) hay (32.6) biểu thị định luật Ôm cho toàn mạch chứa nguồn và máy thu mắc nối tiếp.

Đoạn mạch chứa nguồn điện

Xét mạch điện kín gồm nguồn điện E và các điện trở R, R[sub]1 [/sub] mắc nối tiếp (H.33.1a).

Dòng điện I chạy ở mạch ngoài từ cực dương sang cực âm của nguồn. Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch.

[tex]E=(R_1+R+r)I[/tex]

Ta hình dung mạch điện kín nói trên gồm hai doạn mạch (h.33.1b) và (H.33.1c).

- ở đoạn mạch chứa điện trở R[sub]1[/sub] dòng điện I chạy từ nơi điện thế cao B đến nơi điện thế thấp A, áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần (24.4) ta có.

[tex]U_{BA} = R_1I[/tex]

Hay [tex]U_{AB}=-R_1I[/tex] (33.2)

- ở đoạn mạch chứa nguồn điện E dòng điện I chạy từ nơi điện thế thấp A đến nơi điện thế cao B (đi qua nguồn từ cực âm sang cực dương). Đối với đoạn mạch này, từ (33.1) và (33.2) ta có.

[tex]U_{AB}=(R +r)I-E[/tex]

Đặt [tex]R_{AB}=R+r[/tex] là điện trở tổng cộng của đoạn mạch (H.33.1c), ta có công thức sau đây biểu thị định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn.

[tex]U_{AB}=R_{AB}I-E[/tex]

[tex]I=\frac{U_{AB}+E}{R_{AB}}[/tex]

Đoạn mạch chứa máy thu

Xét đoạn mạch có máy thu (chẳng hạn acquy đang được nạp điện hay động cơ điện) như ở trên hình 33.2, dòng điện chạy từ A đến B, đi qua máy thu từ cực dương đến cực âm.

Hiệu điện thế đặt vào máy thu theo (31.9)

[tex]U_{AC}=E+r'I[/tex]

áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch CD, ta có.

[tex]U_{CB}=RI[/tex] (33.6)

Vì [tex]U_{AB}=U_{CB}[/tex], từ (33.5) và (33.6) ta có

[tex]I=\frac{U_{AB}-E'}{R_{AB}}[/tex]

Với [tex]R_{AB}[/tex]=R+ r’ là điện trở tổgn cộng của đoạn mạch. Công thức (33.7) hay (33.8) biểu thị định luật Ôm cho đoạn mạch chứa máy thu khi dòng điện I chạy từ A đến B (đi qua máy thu từ cực dương đến cực âm)

Đoạn mạch chứa nguồn điện và máy thu mắc nối tiếp

Với một đoạn mạch gồm nguồn điện E , máy thu E’ và điện trở R mắc nối tiếp (H.33.3) dòng điện chạy từ A đến B, áp dụng công thức (33.3) và (33.7) ta có.

[tex]I=\frac{U_{AB}+E-E'}{R_{AB}}[/tex]

Công thức (33.9) hay ( 33.10) biểu thị định luật ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện và máy thu mắc nối tiếp, với
R[sub]AB[/sub]=R+r+r’ là điện trở tổng cộng của đoạn mạch (H.33.3). Đó cũng là công thức tổng quát của định luật ÔM cho các loại đoạn mạch.

Chú ý

Muốn áp dụng công thức của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch ta phải biết chiều dòng điện trên đoạn mạch đang xét. Nếu chưa khẳng định được chêìu dòng điện (và cường độ dòng điện lại là đại lượng cần tìm) thì ta phải giả thiết đòng điện chạy theo một chiều nào đó trên đoạn mạch ấy. Khi đó ta phân biệt nguồn điện (còn gọi là nguồn phát, dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn) và máy thu (còn gọi là nguồn thu, dòng điện đi vào cực dương của máy, trong trường hợp pin và acquy máy thu có suất phản điện bằng suất điện động của nguồn khi phát điện); rồi áp dụng công thức của định luậtÔm. Nếu giá trị tìm được của cường độ dòng điện là số dương thì có nghãi là ta đã chọn đúng chiều dòng điện, còn nếu giá trị đó là số âm thì ta phải đổi chiều dòng điện đã giả thiết từ đâu

Đoạn mạch chứa nguồn điện

Xét mạch điện kín gồm nguồn điện E và các điện trở R, R[sub]1 [/sub] mắc nối tiếp (H.33.1a).

Dòng điện I chạy ở mạch ngoài từ cực dương sang cực âm của nguồn. Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch.

[tex]E=(R_1+R+r)I[/tex]

Ta hình dung mạch điện kín nói trên gồm hai doạn mạch (h.33.1b) và (H.33.1c).

- ở đoạn mạch chứa điện trở R[sub]1[/sub] dòng điện I chạy từ nơi điện thế cao B đến nơi điện thế thấp A, áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần (24.4) ta có.

[tex]U_{BA} = R_1I[/tex]

Hay [tex]U_{AB}=-R_1I[/tex] (33.2)

- ở đoạn mạch chứa nguồn điện E dòng điện I chạy từ nơi điện thế thấp A đến nơi điện thế cao B (đi qua nguồn từ cực âm sang cực dương). Đối với đoạn mạch này, từ (33.1) và (33.2) ta có.

[tex]U_{AB}=(R +r)I-E[/tex]

Đặt [tex]R_{AB}=R+r[/tex] là điện trở tổng cộng của đoạn mạch (H.33.1c), ta có công thức sau đây biểu thị định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn.

[tex]U_{AB}=R_{AB}I-E[/tex]

[tex]I=\frac{U_{AB}+E}{R_{AB}}[/tex]

Đoạn mạch chứa máy thu

Xét đoạn mạch có máy thu (chẳng hạn acquy đang được nạp điện hay động cơ điện) như ở trên hình 33.2, dòng điện chạy từ A đến B, đi qua máy thu từ cực dương đến cực âm.

Hiệu điện thế đặt vào máy thu theo (31.9)

[tex]U_{AC}=E+r'I[/tex]

áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch CD, ta có.

[tex]U_{CB}=RI[/tex] (33.6)

Vì [tex]U_{AB}=U_{CB}[/tex], từ (33.5) và (33.6) ta có

[tex]I=\frac{U_{AB}-E'}{R_{AB}}[/tex]

Với [tex]R_{AB}[/tex]=R+ r’ là điện trở tổgn cộng của đoạn mạch. Công thức (33.7) hay (33.8) biểu thị định luật Ôm cho đoạn mạch chứa máy thu khi dòng điện I chạy từ A đến B (đi qua máy thu từ cực dương đến cực âm)

Đoạn mạch chứa nguồn điện và máy thu mắc nối tiếp

Với một đoạn mạch gồm nguồn điện E , máy thu E’ và điện trở R mắc nối tiếp (H.33.3) dòng điện chạy từ A đến B, áp dụng công thức (33.3) và (33.7) ta có.

[tex]I=\frac{U_{AB}+E-E'}{R_{AB}}[/tex]

Công thức (33.9) hay ( 33.10) biểu thị định luật ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện và máy thu mắc nối tiếp, với
R[sub]AB[/sub]=R+r+r’ là điện trở tổng cộng của đoạn mạch (H.33.3). Đó cũng là công thức tổng quát của định luật ÔM cho các loại đoạn mạch.

Chú ý

Muốn áp dụng công thức của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch ta phải biết chiều dòng điện trên đoạn mạch đang xét. Nếu chưa khẳng định được chêìu dòng điện (và cường độ dòng điện lại là đại lượng cần tìm) thì ta phải giả thiết đòng điện chạy theo một chiều nào đó trên đoạn mạch ấy. Khi đó ta phân biệt nguồn điện (còn gọi là nguồn phát, dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn) và máy thu (còn gọi là nguồn thu, dòng điện đi vào cực dương của máy, trong trường hợp pin và acquy máy thu có suất phản điện bằng suất điện động của nguồn khi phát điện); rồi áp dụng công thức của định luậtÔm. Nếu giá trị tìm được của cường độ dòng điện là số dương thì có nghãi là ta đã chọn đúng chiều dòng điện, còn nếu giá trị đó là số âm thì ta phải đổi chiều dòng điện đã giả thiết từ đâu

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

muatrongmatem · 22 Tháng bảy 2007

Mắc nguồn điện thành bộ

Mắc nối tiếp

Các nguồn điện [tex]E_1,E_2....E_n[/tex] mắc nối tiếp với nhau (H.35.1) khi cực âm của nguồn E[sub]1[/sub] nối với cực dương của nguồn E[sub]2[/sub] .. Đầu A là cực đương, còn đầu B là cực âm của bộ nguồn. Vì khi mạch hở hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nó và vì hai cực nối với nhau có cùng mộtđiện thế, nên hiệu điện thế giữa hai cực của bộ nguồn khi mạch hở, tức là suất điện động E[sub]b[/sub] của bộ nguồn, bằng tổng các suất điện động của các nguồn trong bộ.

[tex]E_b=E_1+E_2+...+E_n[/tex]

Điện trở trong của bộ nguồn điện mắc nối tiếp bằng tổng điện trở trong của các nguồn trong bộ.

[tex]r_b=r_1+r_2+...+r_n[/tex] 35.2)

Trong trường hợp riêng, nếu các nguồn giống nhau có suất điện động ..... và điện trở trong r mắc nối tiếp, thì.

[tex]E_b=nE[/tex]; [tex]r_b=n.r[/tex]

Khi có hai nguồn điện mà cực âm (hoặc cực dương) của nguồn này nối với cực âm( hoặc cực dương) của nguồn kia thì ta nói rằng hai nguồn đó mắc xung đối (H.35.2)

A là cực dương còn B là cực âm của bộ nguồn ... Nguồn có suất điện động lớn hơn E1 là nguồn phát (dòng điện đi ra từ cực dương của nó), còn nguồn kia trở thành máy thu. Suất điện động của bộ nguồn này có trị số bằng hiệu số hai suất điện động.

[tex]E_b=E_1-E_2[/tex]

Điện trở trong của bộ nguồn.

[tex]r_b=r_1+r_2[/tex]

Mắc song song

Giả sử có n nguồn điện giống nhau mắc song song, các cực cùng tên được nối với nhau vào cùng một điểm (H.35.3), A là cực dương và B là cực âm của bộ nguồn. Hiệu điện thế giữa hai cực của bộ nguồn bằng hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi nguồn. Vì vậy khi để mạch ngoài hở, hiệu điện thế giữa hai cực của bộ nguồn bằng suất điện động của bộ nguồn và chỉ bằng suất điện động của một nguồn. Còn điện trở trong của bộ nguồn bằng [tex]\frac{r}{n}[/tex]. với r là điện trở trong của một nguồn.

[tex]E_b=E[/tex]; [tex]r_b=\frac{r}{n}[/tex]

Chú ý

Nếu bộ nguồn có N nguồn điện giống nhau được mắc thành m hàng (dãy),mỗi hàng có n nguồn mắc nối tiếp (H.35.4) (mắc kiểu hốn hợp đối xứng) thì suất điện động của bộ nguồn chỉ bằng suất điện động của một hàng, nghĩa là.

[tex]E_b=nE[/tex]

Điện trở trong của bộ nguồn nhỏ hơn điện trở trong của một hàng m lần, nghĩalà.

[tex]R_b=\frac{nr}{m}[/tex]

Nguồn: Mjss_L0neLy/ forum.olympiavn.org

Tìm kiếm

Tìm kiếm

Những định luật cơ bản của dòng điện không đổi

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem

muatrongmatem