Định luật Ohm tổng quát

Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 1 Lời mở đầu Một bài tập vật lý thông thường có nhiều phương pháp giải, đặc biệt là những bài tập về dòng điện không đổi. Để chúng ta có thể nắm rõ về lý thuyết và cách áp dụng thực tế các định luật để giải các bài tập chính xác và nhanh chóng. Nay chúng tôi sưu tầm tập tài liệu về ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT này với mong muốn nó sẽ giúp ích cho các bạn đọc một phần nào khi giải bài tập về dòng điện không đổi. Tập tài liệu này được chia thành hai phần: Phần A: Cơ sở lý thuyết. Phần B: Bài tập ví dụ có lời giải cụ thể và một số bài tập tự giải. Tập tài liệu này được sưu tầm bởi các thành viên nhóm 1 lớp sư phạm lý 2A trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự giám sát và hướng dẫn của giáo viên bộ môn điện học Trương Đình Tòa. Nhân đây nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn thầy đã cung cấp tài liệu và có những hướng dẫn để nhóm chúng em có thể hoàn thành tiểu luận này. Trong quá trình sưu tầm không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện: Nhóm 1 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 2 Georg Simon Ohm - Georg Simon Ohm (1787- 1854) nhà vật lý học Đức đã có công lớn trong việc xây dựng cơ sở điện học, âm học và quang học. - Sinh tại Erlangen năm 1787 trong một gia đình nghèo. Ohm đã không có điều kiện học hành đầy đủ nhưng do tinh thần ham học năm 1805 ông bước chân vào trường Đại học Tổng hợp Erlangen. Cuộc sống vô cùng thiếu thốn đã buộc Ohm phải bỏ dở con đường học tập của mình, dạy học ở nhiều nơi để có thể vừa kiếm tiền vừa tiếp tục tự học. - Trong 6 năm, ông không những tự học xong chương trình đại học mà còn viết xong luận văn và bảo vệ thành công học hàm giáo sư tại chính trường Đại học Tổng hợp Erlangen (1811). - Năm 1833, ông được giữ chức Hiệu trưởng trường Bách khoa Nuremberg. - Năm 1849, ông được bổ nhiệm làm giáo sư ngoài biên chế trường Đại học Tổng hợp Munich nổi tiếng nhất nước Đức thời đó. Năm 1852, được chính phủ công nhận là giáo sư trong biên chế. - Năm 1827, Ohm đã nêu ra định luật quan trọng về mạch điện tức là định luật Ohm. - Năm 1842, ông trở thành hội viên Hội Hoàng gia London và được thưởng huy chương. - Năm 1843, Ohm đã chứng minh rằng cảm giác âm thanh đơn giản được tạo nên bởi các dao động tuần hoàn mà tai ta tách lọc từ những âm điệu phức tạp. Khám phá này sau đó được công nhận là định luật Ohm trong lĩnh vực âm học. Ngoài ra, ông còn tiến hành nghiên cứu cả lĩnh vực quang học và quang tinh thể. - Để tưởng nhớ tên tuổi và công lao của ông, tại Đại hội các nhà điện học toàn thế giới năm 1881, các đại biểu đã nhất trí lấy tên ông đặt cho đơn vị điện trở, đó là đơn vị Ohm. Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 3 E, r R A B I I I Hình 1 A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. ĐỊNH LUẬT OHM CHO TOÀN MẠCH (MẠCH KÍN ) Một mạch kín đơn giản nhất được vẽ ở hình 1 bao gồm một nguồn điện (E , r ) và điện trở R nối giữa hai điện cực ở phía ngoài nguồn điện. Định luật Ohm cho toàn mạch biểu thị mối quan hệ giữa cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín đó với suất điện động E của nguồn điện và điện trở toàn phần của mạch điện kín (R r ). Dạng cường độ dòng điện: E I R r   (1.1) Dạng hiệu điện thế:   ABE I r R Ir IR Ir U      (1.2) Ta có thể phát biểu : 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 kín. Suất điện động của nguồn có giá trị bằng tổng các độ giảm thế trong Ir và giảm thế ngoài IR . Hiệu điện thế hai cực bộ nguồn ABU có giá trị bằng độ giảm thế ở mạch ngoài và nhỏ hơn giá trị suất điện động : ABU IR E Ir   (1.3) Hiệu điện thế hai cực bộ nguồn có giá trị bằng suất điện động E của bộ nguồn ABU E trong hai trường hợp:  Khi mạch ngoài hở, không có dòng điện chạy trong mạch 0I  cũng có nghĩa là không có dòng điện chạy qua nguồn điện. Ngược lại, khi nào thấy Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 4 hiệu điện thế hai cực một nguồn bằng suất điện động ABU E thì ta biết không có dòng điện và có thể bỏ nguồn điện đó đi mà không ảnh hưởng đến phần còn lại của mạch điện. Ta gặp “nghịch lý” vui: một đoạn mạch có hiệu điện thế hai đầu khác không 0ABU  mà trong đoạn mạch lại không có dòng điện đi qua 0I  .  Nếu mạch ngoài kín, có dòng điện I chạy trong mạch thì ABU E khi 0R  : nguồn điện có điện trở trong nhỏ không đáng kể. Như vậy khi có cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện mà hiệu điện thế hai cực bằng suất điện động ABU E thì nguồn điện đó có điện trở trong nhỏ không đáng kể. Ngược lại, một hiệu điện thế không đổi U luôn có thể xem như một nguồn có suất điện động E bằng hiệu điện thế không đổi đó: 0E U với điện trở trong nhỏ không đáng kể 0r  . Hệ thức ABU IR cho thấy ta đang khảo sát mạch ngoài có R . Còn hệ thức ABU E IR  nói lên rằng ta đang khảo sát mạch trong nguồn.  Ta cần chú ý rằng ý nghĩa của hai hệ thức đó là khác nhau. II. ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT CHO ĐOẠN MẠCH CÓ NGUỒN ĐIỆN. 1. Mở rộng định luật ohm cho toàn mạch Trong phần định luật Ohm cho toàn mạch, ta đã xét mạch kín như hình 2 và đã có: AB ABU RI , khi xét mạch ngoài ARB . ABU E Ir  , khi xét đoạn mạch trong có nguồn điện. Ta sẽ mở rộng đẳng thức thứ hai này khi xét một đoạn mạch tổng quát bất kì, trên đó ngoài các điện trở thuần còn có các nguồn điện với các chiều mắc tùy ý. Như vậy ta thấy rằng định luật Ohm cho mạch kín chỉ là một trường hợp riêng của định luật Ohm tổng quát. Thực vậy, đối với mạch kín thì chỉ điểm A trùng với điểm B, khi đó A BV V và ABR R là điện trở của cả mạch kín bao gồm cả điện trở của E, r R A B I Hình 2 I Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 5 nguồn (gọi là điện trở trong) và điện trở bên ngoài nguồn (thường gọi là điện trở ngoài nR ): nR R r  , còn E là tổng đại số các suất điện động có trong mạch kín. Ta có: E IR . 2. Nguồn điện  Các nguồn phát điện : như trong ví dụ ở hình 2, dòng điên I đi từ cực dương của nguồn đi ra, hay nói khác đi dòng điện đi qua nguồn từ cực âm sang cực dương. Nguồn điện ( E , r ) trong trường hợp này cung cấp điện cho toàn mạch. Ở mạch ngoài dòng điện có thể làm bóng đèn sáng, chạy động cơ điện,… Điện năng dự trữ trong nguồn sẽ chuyển hóa dần thành nhiệt năng, cơ năng, hóa năng… Ta nhắc lại rằng ở các nguồn phát điện, dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn điện.  Các nguồn thu điện: Xét mạch điện nạp cho acquy như hình 3. Một nguồn điện mạch E phát dòng điện I ra mạch ngoài. Mạch ngoài gồm có một acquy e và một biến trở btR để điều chỉnh dòng nạp điện. Đối với acquy đang nạp điện,dòng điện nạp I đi vào cực dương acquy. Hay nói cách khác thì dòng nạp điện đi từ cực dương acquy qua cực âm. Trong acquy được nạp điện, dòng điện I sinh công gây ra các phản ứng hóa học các lực hóa học kéo các electron và ion âm về điện cực âm acquy, kéo các ion dương về điện cực dương đi ngược chiều của lực điện trong lòng acquy. Kết quả là các điện tích dương và điện tích âm được tích tụ ở hai điện cực tạo nên một hiệu điện thế giữa hai điện cực acquy. Nhắc lại rằng nguồn thu điện thì dòng điện đi vào cực dương. Nếu viết biểu thức của dòng điện I trong mạch nạp acquy nói trên. Ta có: E e I r r R     (2.1) Trước suất điện động acquy e có dấu trừ. Suất điện động nguồn nạp E bị giảm bớt một lượng bằng e . Do đó ta gọi e trong trường hợp này là suất phản điện. E, r Rbt A B I Hình 3 + – e’, r’ + I Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 6 Công của dòng điện I ngoài phần gây tỏa nhiệt trên r còn có phần chuyển thành hóa năng dự trữ trong acquy. Trong trường hợp các động cơ điện hoặc bình điện phân không có hiện tượng cực dương tan, ngoài phần gây tỏa nhiệt trên điện trở thuần của các dụng cụ đó còn có phần công dòng điện W  chuyển thành cơ năng hay hóa năng. Do đó với các dụng cụ điện này ta cũng nói rằng động cơ, bình điện phân (không có dương cực tan) có suất phản điện e tương tự như acquy được nạp điện với: W W e q It      . Chúng là các nguồn thu điện. 3. Các biểu thức định luật Ohm tổng quát a. Nhắc lại công thức ABU E Ir  Ở đoạn mạch bên trong nguồn đó dòng điện I viết đầy đủ chính là BAI mà AB BAI I  : AB BA AB AB ABU E rI E rI I R E      (2.2) Với ABR là điện trở tương đương của cả đoạn mạch. Số hạng đầu ở vế phải của công thức trên ta đã gặp ở định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần ABR . Sự khác biệt và là điều mới mẻ ở đây chính là sự xuất hiện của số hạng thứ hai E . Điều này tương ứng với sự có mặt của nguồn điện suất điện động E trong đoạn mạch trên. Điều này gợi ý cho chúng ta tổng quát hóa biểu thức của định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần thành biểu thức của định luật Ohm cho đoạn mạch có nguồn điện. Chú ý rằng cực (+) nguồn điện ở phía đầu A. b. Công Thức Hiệu Điện Thế Xét một đoạn mạch tổng quát AB như hình 5: Gọi ABR là điện trở tương đương của cả đoạn mạch. Chọn chiều khảo sát từ A đến B. ta luôn viết được biểu thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch theo dòng điện chạy trong đoạn mạch: E, r R A B I Hình 4 A B + + R Chiều khảo Hình 5 e1, r1 e2, r2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 7 1 2AB AB AB AB ABU R I e e R I e     (2.3) c. Công thức cường độ dòng điện Từ công thức hiệu điện thế ta rút ra cường độ dòng điện tính theo hiệu điện thế (hình 5): 1 2AB AB AB AB AB U e e U e I R R      (2.4) Ta gọi công thức (2.3), (2.4) là công thức của định luật Ohm tổng quát bởi vì:  Nếu không có các nguồn điện 1e , 2e ….thì ta có công thức: AB AB ABU I R của định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa các điện trở thuần quen thuộc.  Nếu cho 0ABU  tức là chập hai đầu A và B của đoạn mạch ta có các công thức:  E I R r  của định luật Ohm cho mạch kín.  Đặc biệt hóa công thức (2.3) ta có lại công thức (2.2) áp dụng trong mạch kín. d. Những lưu ý khi áp dụng định luật Ohm tổng quát: Khi vận dụng công thức định luật Ohm tổng quát ta cần lưu ý rằng công thức đó chỉ áp dụng cho đoạn mạch mà trên suốt đoạn mạch đó dòng điện chỉ có cùng một giá trị I ở mọi điểm và nếu chưa biết chiều dòng điện thì ta tùy ý chọn chiều dòng điện cho đoạn mạch. Giữa hai điểm ngoài cùng của đoạn mạch, điểm A và điểm B chẳng hạn, ta tùy ý chọn chiều đường đi. Nếu đi trên đoạn mạch đó từ A đến B thì khi đó đã chọn chiều dòng điện nếu cần thiết và chọn chiều đường đi trên đoạn mạch thì ta thực hiện các bước và các quy ước sau đây:  Lấy điện thế điểm đầu trừ điện thế điểm cuối đường đi.  Suất điện động nhận dấu dương nếu ta đi qua nguồn từ cực dương sang cực âm của nguồn và ngược lại.  Dòng điện I nhận dấu dương nếu nó hướng theo chiều đường đi của chiều khảo sát.  Nếu kết quả tính toán cho ta giá trị âm của cường độ dòng điện thì chiều thực của dòng điện trên đoạn mạch ngược với chiều dòng điện giả định ở trên. Và trong thực tế đối với dạng bài tập về dòng điện không đổi thì có rất nhiều phương pháp để giải và ứng với mỗi phương pháp thì sẽ không tránh khỏi những hạn chế nhất định. Vì thế để đạt hiệu quả cao và dễ dàng tính toán hơn Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 8 ta nên kết hợp cùng một lúc nhiều phương pháp nếu có thể để bài toán được giải quyết dễ dàng hơn. Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 9 B. BÀI TẬP VÍ DỤ: Ví dụ 1: Hãy tính các hiệu điện thế UMN và UPQ trong hình vẽ sau: Giải: - MN MN MNU R I e   2 1 8 2 7 1 2 6 3 43MNU          V - PQ PQ PQU R I e    1 5 2 1 8 2 3 2 3 6 5 57PQU              V Ví dụ 2 Cho đoạn mạch như hình vẽ: ( 1 10 Ve  , 1 1 r   ), ( 1 16 Ve  , 1 0,5 r   ). Tính ABU và cường độ dòng điện trong các nhánh. (3V,2Ω) + + + M N 2 A 2A 2Ω 8Ω 7Ω + + + P Q 3A 3A 5Ω 8Ω + Hình 6 (2V,1Ω) (6V,2Ω) (3V,1Ω) (2V,1Ω) (6V,1Ω) (5V,2Ω) e1, r1 R A B I1 I3 I2 e2, r2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 10 Giải : Ta đặt tên 1I , 2I , 3I và giả sử dòng điện trong các nhánh có chiều mũi tên như trên hình. Dùng công thức (2.4) ta viết biểu thức cường độ dòng điện trong các nhánh theo ABU : 1 1 1 1 BA BAU eI I r    : 1e vì 1e là nguồn phát điện, dòng 1I đi từ cực + của 1e đi ra. 2 2 2 2 BA BAU eI I r    : tương tự như trên, 2I đi từ cực + của 2e đi ra: 2e là nguồn phát điện. 3 3 AB ABUI I R   : nhánh 3 không có nguồn nào. Định luật bảo toàn dòng điện ở nút A hoặc B cho ta: 3 1 2I I I  1 2 1 2 1 2 1 2 AB BA BA AB ABU U e U e U e U e R r r r r            1 2 1 2 1 2 1 1 1 AB e e U R r r r r           Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 11 Vậy: 1 2 1 2 1 2 10 16 1 0,5 12 1 1 1 1 1 1 2 1 0,5 AB e e r r U R r r          V. Thay ABU vào các biểu thức cường độ dòng điện, ta có: 1 1 12 10 2 A 1 BA ABI I        2 12 16 8 A 0,5 BAI     3 12 6 A 2 ABI   Giá trị 1 2 A 0 BAI    chứng tỏ dòng điện chạy trong nhánh thứ nhất có chiều ngược lại với chiều giả sử ban đầu. Các giá trị 2 0I  và 3 0I  chứng tỏ chiều dòng điện thực chạy trong nhánh hai và ba là trùng với chiều giả sử ban đầu. Ví dụ 3: Cho mạch điện. Biết: 1 4,5 VE  , 1 0,2 r   , 4,2 R   , 2 16 VE  , 2 0,6 r   . Tính số chỉ của ampe kế và vôn kế trong các trường hợp sau: V A E1, r1 E2, r2 K2 K1 R R/2 R/2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 12 a. K1, K2 đều ngắt. b. K1 ngắt, K2 đóng. c. K1 đóng, K2 ngắt. d. K1, K2 đều đóng. Giải: a. K1, K2 đều ngắt, ta có sơ đồ tương đương: Điện trở mạch ngoài: 2 2 4,2 2 2 2 n R R R R R R R R R            Do 2 1E E nên số chỉ Ampe kế: 2 1 2 1 16 4,5 2,3 A 0,6 0,2 4,2n E E I r r R          Số chỉ Vôn kế: 2,3.4,2 9,66 VnU IR   b. K1 ngắt, K2 đóng 4,2 2,1 2 2n R R     2 1 2 1 16 4,5 4 A 0,6 0,2 2,1n E E I r r R          E1, r1 E2, r2 R R/2 R/2 R/2 I Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 13 Số chỉ Vôn kế: 4.2,1 8,4 VnU IR   c. K1 đóng, K2 ngắt, ta có sơ đồ tương đương: 4AB R R  , 5 4 4ABC R R R R   , 5 . 5 5.4,22 4 1,5 5 14 14 2 4 n R R R R R R       ⇒ 2 1 2 1 16 4,5 5 A 0,6 0,2 1,5n E E I r r r          ⇒ 5.1,5 7,5 VnU IR   d. K1, K2 đều đóng, ta có sơ đồ tương đương: 4,2 0,7 6 6n R R     ⇒ 2 1 2 1 16 4,5 7,67 A 0,6 0,2 0,7n E E I r r r          ⇒ 7,67.0,7 5,37 VnU IR   E1, r1 E2, r2 R R/2 R/2 A R/2 B E1, r1 E2, r2 R/2 R/2 R/2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 14 Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ: 120 VE  , 5 r   , 1 15 R   , 2 10 R   , 3 4 20 R R   , 0,2 μFC  . Khi K ngắt, Vôn kế chỉ 60V. a. Khi K đóng, Vôn kế chỉ bao nhiêu? Cường độ dòng điện qua K là bao nhiêu? b. Tính điện tích của tụ điện khi K ngắt và khi K đóng. Giải: a. Gọi VR là điện trở của Vôn kế, I là cường độ dòng điện qua nguồn khi K ngắt. 1 2 120 60 2 A 5 15 10 VE UI r R R          Cường độ dòng điện qua 3R , 4R khi K ngắt: 34 3 4 60 1,5 A 20 20 VUI R R      34 2 1,5 0,5 AVI I I     K C E, r V R1 R2 R3 R4 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 15 E, r R1 R3 R4 RV Điện trở của Vôn kế: 2 60 120 0,5 V V U R I     Hiệu điện thế hai đầu tụ điện khi K ngắt: 4 34. 20.1,5 30 VCU R I   Điện tích của tụ điện khi K ngắt: . 0,2.30 6 μCq CU   Vẽ lại sơ đồ mạch điện khi K đóng: Điện trở mạch ngoài:    3 4 1 3 4 120 20 20 15 45 120 20 20 V n V R R R R R R R R             Cường độ dòng điện qua khóa K: 120 2,4 A 5 45n E I r R       Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 16 b. Chỉ số của Vôn kế:    1 120 2,4 5 15 72 VVU E I r R        Hiệu điện thế hai đầu tụ điện: 72 36 V 2 2 V C U U      Điện tích của tụ điện: . 0,2.36 7,2 μCq CU    Ví dụ 5: Một nguồn điện ( E , 6 r   ) và hai điện trở 1 24 R   , 2 36 R   mắc nối tiếp ở mạch ngoài. Mắc Vôn kế song song với 1R thì thấy Vôn kế chỉ 1 36 VVU  . Mắc Vôn kế V song song với 2R thì thấy Vôn kế chỉ 2 160 V 3V U  (hình bên). Tìm suất điện động E của nguồn điện và xem Vôn kế V sẽ chỉ bao nhiêu nếu mắc Vôn kế song song với cả hai điện trở nối tiếp kể trên. Giải: Gọi VR là điện trở của Vôn kế V:  1 1 1 11 1 2 1 2 1 2 1 V V V VV V V R R E R R E U R RR R r R R R R R rRr R R R           24 36 66 1008 V V R E R    (1) E, r + V V R1 R2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 17  2 2 2 22 1 2 1 2 2 1 2 V V V VV V V R R E R R E U R RR R r R R R R R rRr R R R           160 36 3 66 1080 V V R E R    (2) Từ (1) và (2) 72 VR      36 66 1008 36 66.72 1088 120 V 24 24.72 V V R E R       Khi mắc Vôn kế V song song với cả hai điện trở nối tiếp:          3 1 2 1 2 1 21 2 1 2 1 2 1 2 V V V VV V V V R R R R R R EE U R R RR R R r R R R R R R r R R R                    3 24 36 72.120 101,4 V 6 24 36 72 24 36 72V U         Ví dụ 6: Có một nguồn điện ( 6 VE  , 2 r   ) a. Tìm giá trị điện trở mạch ngoài để công suất mạch ngoài cực đại và tính cực đại đó. b. Muốn có công suất mạch ngoài 0 4 WP  thì điện trở mạch ngoài bằng bao nhiêu? c. Với điện trở mạch ngoài 1 3 R   thì công suất mạch ngoài 1P bằng bao nhiêu? Hỏi phải mắc thêm điện trơ X bằng bao nhiêu để công suất mạch ngoài vẫn bằng 1P đó. Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 18 A1 A2 R1 R2 R3 R4 E1, r1 E2, r2 A C B M D N Giải: a.   2 2 2 2 2 max2 2 44. . N RE E E E P RI P r rr R r RR RR             Vậy 2 2 max 6 4,5 W 4 4.2 E P r    , dấu “=” xảy ra khi: 2 R r   b. Cho     2 2 0 2 2 1 36 4 W 5 4 0 4 2 RRE R P R R Rr R R                c.     2 2 1 1 2 1 3.6 4,32 W 2 3 R E P r R      Giá trị điện trở ngoài 2R có cùng công suất mạch ngoài 1 4,32 WP  tính theo công thức đã biết: 2 2 2 1 1 2 4 3 3 3 r R R R        Vì 2R R nên muốn ghép X với 1R để có 2R thì phải ghép song song:  2 4 3 / / 2,4 3 3 RX X R R X X R X X          Ví dụ 7: Cho mạch điện 1 16 VE  , 1 2 r   2 5 VE  , 2 2r   2 4 R   , 4 3 R   , 0AR  Ampe kết thứ nhất chỉ 0, ampe kế thứ hai chỉ 4 1 AI  . Tính 1R và 3R ? Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 19 Giải: Mạch điện gồm nhiều đoạn mạch, áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch CD:   12 1 2 2 5 VCD AU E r R I E     (vì 1 0AI  , 1 0AR  ) Ta lại có: 4 4 3 VDBU I R  , 5 3 8 VCB CD DBU U U     Cường độ dòng điện 2I qua 2R là: 2 2 8 2 A 4 CBUI R    Cường độ dòng điện qua 1E : 2 4 3 AI I I   Cường độ dòng điện qua 1R và 3R : 1 2 2 AI I  và 3 4 1 AI I  Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch 1AE B : 1 1 10 VABU E Ir   ⇒ 2 AAC AB BC AB CBU U U U U     7 VAD AB BD AB DBU U U U U     1 1 1 AC U R I     và 2 2 7 AD U R I    Ví dụ 8: Cho sơ đồ mạch điện: Cho 24 V  , 16 Vr  , 1 2 20 R R   , 60 bR   , AC 10 R   , VR   . Tìm số chỉ của Vôn kế. Cực dương của Vôn kế mắc vào đâu? M C A B Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 20 Giải: Do ( 1R nt 2R ) // bR nên:    1 2 1 2 20 20 60 24 20 20 60 b n b R R R R R R R           Cường độ dòng điện qua mạch chính: 24 0,6 A 16 24n I r R       Cường độ dòng điện qua 1R :  1 2 1 2 1 12 12 1 2 1 2 . 0,6.60 0,36 A 20 20 60 b n n bb b R R R I U IR IRR R R I R R R R R R R               Cường độ dòng điện qua bR : 1 0,6 0,36 0,24 AbI I I     Hiệu điện thế giữa hai điểm A, M: AM 1 1 0,36.20 7,2 VU I R   Hiệu điện thế giữa hai điểm A, C: AC AC 0,24.10 2,4 VbU I R   Số chỉ của Vôn kế: V AM AC 7,2 2,4 4,8 VU U U     Cực dương của Vôn kế mắc vào điểm C vì CM 0U  Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 21 Ví dụ 9: Cho mạch điện: Nguồn điện có 8 V  , 2 r   . Đèn có điện trở 1 3 R   , 2 3 R   , điện trở của Ampe kế không đáng kể. a. Khi K mở, di chuyển con chạy C đến vị trí mà BC 1 R   thì đèn tối nhất. Tính điện trở toàn phần của biến trở ABR . b. Thay AB 12 R   rồi di chuyển con chạy C đến giữa (trung điểm AB) rồi đóng K. Tìm số chỉ Ampe kế lúc này. Giải: a. Khi K mở, mạch tương đương: Đặt ABR R ; BCR x ⇒ ACR R x  Ta có:   CD 3 3 6 x R x    ;   AD 3 3 6 x R R x x      ⇒    2AD 8 6 1 21 6 x I R r x R x R           Cường độ dòng điện chạy qua đèn: CD CD 1 1 1 U IR I x R x R     ⇒  1 2 24 1 21 6 I x R x R       Đèn tối nhất tức là 1I phải nhỏ nhất. Để 1I nhỏ nhất thì    2 1 21 6f x x R x R      phải lớn nhất. K A B C D A B C D Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 22 A B C D Dễ dàng tìm được  1 minI khi 1 2 R x   Mà 1x  (giả thiết) ⇒ 3 R   b. Khi K đóng, mạch tương đương: Đặt 3 AC 6 R R   , 4 BC 6 R R   , 234 6 R   Ta có: 234 1 AD 234 1 6.3 2 6 3 R R R R R       ⇒ AD 8 2 A 2 2 I R r       AD AD 2 234 234 . 2.2 2 A 6 3 U I R I R R     ⇒ 23 4 1 A 2 3 I I I   Mà 3AI I I  ⇒ Số chỉ Vôn kế: 3 1 5 2 A 3 3A I I I     Ví dụ 10: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó 1 6 V  , 1 1 r   , 2 3 r   , 1 2 3 6 R R R    . a. Vôn kế (có điện trở rất lớn) chỉ 3 V. Tính suất điện động 2 . b. Nếu đổi chỗ hai cực của nguồn 2 thì Vôn kế chỉ bao nhiêu? A ≡ B D C Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 23 Giải: a. Nhận xét: Hai nguồn mắc nối tiếp, ta có chiều dòng điện: Điện trở toàn mạch:    2 1 3 2 1 3 6 6 6 4 6 6 6 R R R R R R R           I đến A rẽ thành 2 nhánh: 1 2 2 1 3 1 2 I R I R R    ⇒ 1 3 I I  Ta có: CD CA AD 1 1 1 1 .6 6 .1 6 33 I U U U I R Ir I I            Số chỉ Vôn kế là 3 V ⇒ CD 3 VU  ⇒ 6 3 3I  ⇒ 1 A 3 A I I     Với 1 AI  , ta có:    1 2 1 2 1 4 1 3 4I R r r         ⇒ 2 2 V   Với 3 AI  ⇒ 2 18 V  b. Khi đổi chỗ hai cực của nguồn 2 thì hai nguồn mắc xung đối.  Với 2 2 V  < 1 ⇒ 1 là máy phát, 2 là máy thu, dòng điện đi từ cực dương của máy phát 1 . Ta có: 1 2 1 2 6 2 0,5 A 4 1 3 I R r r           ⇒ Số chỉ Vôn kế: CD CA AD 6 3 6 3.0,5 4,5 VU U U I        Với 2 18 V  > 1 ⇒ 1 là máy thu, 2 là máy phát, dòng điện đi từ cực dương của máy phát 2 . Ta có: 2 1 1 2 18 6 1,5 A 4 1 3 I R r r           ⇒ Số chỉ Vôn kế: CD CA AD 1 1 1 1 6 3 6 3.1,5 10,5 VU U U I R Ir I          . A B C D Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 24 Bài tập vận dụng Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ: Cho 1 6 V  , 2 12 V  , 3 8 V  , 1 1 r   , 2 2 r   , 3 3 r   , 3 R   . Hãy tính: a. Hiệu điện thế giữa hai điểm A, B. b. Cường độ dòng điện qua từng nhánh rẽ. Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ, các ampe kế có điện trở không đáng kể; A1 chỉ 0,2A; A2 chỉ 0,3A. Nếu đổi vị trí của 2 điện trở trong sơ đồ cho nhau thì chỉ số của các ampe kế vẫn không đổi. Tìm cường độ dòng điện qua nguồn trong các trường hợp hoán đổi. Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có E = 8V, r =2Ω. Điện trở của đèn là R1 = 3Ω; R2 = 3Ω, ampe kế có điện trở không đáng kể. a. K mở, di chuyển con chạy C người ta nhận thấy khi điện trở phần AC của biến trở AB có giá trị 1Ω thì đèn tối nhất. Tính điện trở toàn phần của biến trở. b. Thay biến trở trên bằng một biến trở khác và mắc vào chỗ biến trở cũ ở mạch điện trên rồi đóng khoá K. Khi điện trở phần AC bằng 6Ω thì ampe kế chỉ 5 3 A. Tính điện trở toàn phần của biến trở mới. A B E R R R A1 A2 Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 25 Bài 4: Có một số đèn (3V- 3W) và một số nguồn, mỗi nguồn có suất điện động  = 4V, điện trở r = 1. a. Cho 8 đèn. Tìm số nguồn ít nhất và cách ghép đèn, ghép nguồn để đèn sáng bình thường. Xác định hiệu suất cách ghép. b. Cho 15 nguồn. Tìm số đèn nhiều nhất và cách ghép đèn, ghép nguồn để đèn sáng bình thường. Xác định hiệu suất cách ghép. Bài 5: Cho một mạch điện như dưới. Tất cả các vôn kế đều giống nhau, tất cả các điện trở đều giống nhau. Vôn kế V1 chỉ 8V, vôn kế V3 chỉ 10V. Tìm số chỉ vôn kế V5. Bài 6: Cho mạch điện Trong đó: E = 80V R1 = 30Ω R2 = 40Ω R3 = 150Ω R + r = 48Ω, Ampe kế chỉ 0,8A, Vôn kế chỉ 24V. 1. Tính điện trở RA của ampe kế và điện trở RV của vôn kế. 2. Khi chuyển R sang song song với đọan mạch AB. Tính R trong hai trường hợp: a. Công suất tiêu thụ trên điện trở mạch ngoài đạt cực đại. b. Công suất tiêu thụ trên điện trở R đạt cực đại. Vn V1 V2 V3 V4 V5 A V R R R R A B (E,r) Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 26 Bài 7: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ R1 = 8 W; R2 = 6W; R3 =12 W; R4 = 4W; R5 = 6W, E1 = 4V,E2 =6V; r1 = r2 = 0,5W, RA không đáng kể; RV có điện trở rất lớn a. Tính cường độ dòng điện trong mạch chính b. Tính số chỉ của Vôn kế c. Tính số chỉ của Ampe kế Bài 8: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết:E1 = 2E2, r1 = 1Ω; r2 = 3Ω; R1 = 4Ω; R: biến trở Các dây nối có điện trở không đáng kể. a. Tính giá trị R để nguồn (E2) là nguồn thu. b. Nếu hoán vị nguồn (E1) và nguồn (E2) thì nguồn nào là nguồn thu, lúc đó giá trị R bằng bao nhiêu. Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 27 Tài liệu tham khảo 1. Vật lý đại cương (điện – dao động sóng) – NXBGD – Vũ Thanh Khiết 2. Bài tập vật lý (tập 2) (Điện – từ) – NXBĐHQGTPHCM – Nguyễn Hữu Thọ 3. Bài tập cơ bản và nâng cao vật lý 11 – NXBĐHQGHN – Vũ Thanh Khiết 4. 5. 6. 7. Nhóm 1 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT Trang 28 Mục lục Lời mở đầu .........................................................................................................1 Georg Simon Ohm .............................................................................................2 A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................3 I. ĐỊNH LUẬT OHM CHO TOÀN MẠCH (MẠCH KÍN ) ............................................. 3 II. ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT CHO ĐOẠN MẠCH CÓ NGUỒN ĐIỆN. .......... 4 1. Mở rộng định luật ohm cho toàn mạch .............................................................4 2. Nguồn điện .........................................................................................................5 3. Các biểu thức định luật Ohm tổng quát ............................................................6 B. BÀI TẬP VÍ DỤ: .....................................................................................9 Bài tập vận dụng ............................................................................................. 24 Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 27 Mục lục ............................................................................................................ 28