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

BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 
Chuyên 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 Huy 
MỤC TIÊU 
Sau 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 DUNG 
I – Các khái niệm cơ bản về dòng điện 
II – Định luật Ohm 
III – Định luật Kirchhoff 
IV – Công, công suất của dòng điện 
V – Công suất, hiệu suất của nguồn điện 
VI – Ghép các nguồn điện giống nhau 
I – 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 tích 
Chiều của dòng điện: được qui ước là chiều chuyển động của các điện tích dương. 
2 – Cường độ dòng điện: 
DĐKĐ 
3 – Mật độ dòng điện: 
p/b đều 
+ 
+ 
+ 
dS n 
S 
S n 
I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: 
Ví dụ 1: 
	Mỗi giây có 2.10 18 ion dương hóa trị 2 và 4.10 18 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. 
Giải 
I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: 
Ví dụ 2: 
	 Một dây chì có tiết diện S = 2mm 2 , 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/cm 2 ? 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? 
Giải 
I – 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? 
? 
X 
Pum 
Suất 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: 
+ 
- 
R 
I 
Ghép nối tiếp 
Ghép song song 
NX: ghép nt R t tăng; ghép // R t giảm. 
2 nhánh // thì: 
1 – Đối với mạch điện thuần trở: 
II – ĐỊNH LUẬT OHM: 
Ví dụ: cho đoạn mạch như hình vẽ 
+ 
- 
I 
R 1 
R 2 
R 3 
R 4 
A 
B 
C 
D 
M 
N 
R 5 
R 1 = 8 ; R 2 = 6; 
R 3 = 14; R 4 = 10; 
R 5 = 20; U AB = 24V 
Tính R tđ 
Tính cđdđ qua mỗi R 
Tính U AM ; U AN ; U MN 
Giải 
2 – Đối với mạch điện kín: 
II – ĐỊNH LUẬT OHM: 
Ví dụ: 
+ 
- 
R 
I 
R 1 = 5 ; R 2 = 30; R 3 = 20; R 4 = 50; r = 2;  = 32V. 
Tính cuờng độ dòng điện qua mỗi điện trở. 
+ 
- 
I 
R 1 
R 2 
R 3 
R 4 
A 
B 
C 
D 
M 
2 – Đối với mạch điện kín: 
II – ĐỊNH LUẬT OHM: 
Giải: 
R 1 = 5 ; R 2 = 30; R 3 = 20; R 4 = 50; r = 2;  = 32V. 
Tính cuờng độ dòng điện qua mỗi điện trở. 
+ 
- 
I 
R 1 
R 2 
R 3 
R 4 
A 
B 
C 
D 
M 
3 – Tổng quát: 
II – ĐỊNH LUẬT OHM: 
Ví dụ: 
Tính U AB , U AM , U BM trong sơ đồ hình bên 
R 1 = 5 ; R 2 = 30; R 3 = 20; R 4 = 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 - . 
+ 
- 
I 
R 1 
R 2 
R 3 
R 4 
A 
B 
C 
D 
M 
1 – 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 nhất 
Nút mạng: Nơi giao nhau của ít nhất 3 nhánh. 
Mắt mạng: Tập hợp các nhánh liên tiếp tạo thành một vòng kín. 
+ 
- 
R 1 
+ 
- 
R 2 
R 
2 - 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. 
I 1 
I 2 
I 3 
I 4 
I 5 
Hay: 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. 
I 1 
A 
B 
+ 
- 
R 1 
+ 
- 
R 2 
R 
I 2 
I 
1 
2 
Mắt (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? 
A 
B 
+ 
- 
+ 
- 
R 
I 1 
I 2 
I 
Giải 
Giả sử dòng điện có chiều như hình vẽ. 
III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 
A 
B 
+ 
- 
+ 
- 
R 
I 1 
I 2 
I 
Ad định luật K1: 
(1) 
Ad định luật K2: 
1 
2 
Giải (1), (2), (3) ta được: 
Chiều dòng I 2 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 R 
Mạch chỉ có máy thu 
+ 
- 
+ 
- 
I 
2 – Định luật Joule - Lenz: 
1 – Công suất của nguồn điện: 
V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: 
2 – Hiệu suất của nguồn điện: 
+ 
- 
+ 
- 
I 
R 
3 – ĐK để nguồn phát ra mạch ngoài c/s cực đại: 
khi 
Lưu ý: Luôn có 2 giá trị R tiêu thụ c/s P < P max : 
V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: 
+ 
- 
+ 
- 
I 
R 
R 
P 
O 
r 
R 1 
R 2 
P 
Tóm lại: 
Khi 
thì 
Khi 
thì 
V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: 
+ 
- 
+ 
- 
I 
R 
Ví 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 P max . 
1 – Ghép nối tiếp: 
VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐ