Để hiểu rõ mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong mạch kín với điện trở của nguồn và các yếu tố khác của mạch điện, chung ta sẽ cùng đến với bài học về Định luật ôm đối với toàn mạch. Đây cũng là một nội dung quan trọng liên quan đến các công thức làm bài tập nên các em hãy cùng congthuctoanlyhoa học ngay nhé!
Thí nghiệm thiết lập biểu thức định luật Ôm cho toàn mạch
Toàn mạch là một mạch điện kín gồm: Nguồn điện (E, r) nối với mạch ngoài là các vật dẫn có điện trở tương đương R.
Ta mắc mạch điện như hình vẽ:
Thiết lập định luật Ôm cho toàn mạch:
- Nguồn điện thực hiện 1 công A=E.I.t
- Nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở ngoài và điện trở trong của nguồn điện:
Q = RI2t + rI2t
- Theo định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng: Q = A hay RI2t + rI2t = E.I.t
=> E = R.I + r.I = I(R + r)
=> I = E/(R + r)
Định luật Ôm đối với toàn mạch
Ta có biểu thức:
trong đó: E là suất điện đông của nguồn (V)
r là điện trở trong của nguồn điện
RN là điện trở tương đương của mạch ngoài
E = UN khi r = 0 hoặc mạch hở (I = 0)
Phát biểu định luật Ôm đối với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy qua mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ với điện trở toàn phần của mạch đó.
Lưu ý:
Hiệu điện thế mạch ngoài (hay hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện):
Hiện tượng đoản mạch
Đoản mạch là hiện tượng nối tắt 2 cực của nguồn bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ.
Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi RN = 0. Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch.
I = E/r
Khi đó: R ≈ 0 và Imax = E/r
Tác hại của hiện tượng đoản mạch là gây lên cháy chập mạch điện, đó chính là một trong những nguyên nhân dẫn tới các vụ cháy.
Định luật ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Theo chương trình Vật lý 11, công của nguồn điện sản ra trong mạch điện kín khi có dòng điện không đổi có cường độ I chạy qua trong thời gian t là:
A = E.I.t
Theo định luật Jun Len-xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài và mạch trong là:
Q = (RN+ r)I2t
Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng thì A = Q, ta có:
E = I(RN + r) và I = E/(RN + r)
Như vậy định luật ôm với toàn mạch phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.
Bài tập Định luật Ôm đối với toàn mạch
Bài 1: Mắc một điện trở 14Ω vào hai cực của nguồn điện có điện trở trong r=1Ω thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là 8,4V. Hãy tính cường độ dòng điện chạy trong mạch?
Hướng dẫn:
Cường độ dòng điện chạy trong mạch: I = E/(Rtd + r) = 2/(5,5 + 4,4) + 0,1 = 0,2A
Bài 2: Điện trở trong của một acquy là 0,06 Ω trên vỏ của nó ghi là 12V. Mắc vào hai cực của nó một bóng đèn ghi 12V – 5W.
a) Chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sáng bình thường và tính công suất tiêu thụ thực tế.
b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.
Bài 3: Đối với mạch điện kín gồm nguồn điện với mạch ngoài là điện trở thì hiệu điện thế mạch ngoài
A. tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy trong mạch.
B. tăng khi cường độ dòng điện trong mạch tăng.
C. giảm khi cường độ dòng điện trong mạch tăng.
D. tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện chạy trong mạch.
Hướng dẫn:
Chọn C.
Ta có hiệu điện thế mạch ngoài UN = I.RN = E – Ir ⇒ khi I tăng thì UN giảm.
Bài 4: Phát biểu nào sau đây là không đúng?
A. Cường độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ chứa điện trở R tỉ lệ với hiệu điện thế U giữa hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở R.
B. 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 phàn của mạch.
C. Công suất của dòng điện chạy qua đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
D. Nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật.
Hướng dẫn:
Chọn D.
Nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật.
Bài 5: Một nguồn điện có điện trở trong 0,1Ω được mắc với điện trở 4,8Ω thành mạch kín. Khi đó hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là 12 (V). Cường độ dòng điện trong mạch là
A. I = 120 (A). B. I = 12 (A).
C. I = 2,5 (A). D. I = 25 (A).
Hướng dẫn:
Chọn C.
Cường độ dòng điện trong mạch là
Bài 6: Một nguồn điện có suất điện động E = 6 (V), điện trở trong r = 2 (Ω), mạch ngoài có điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là 4 (W) thì điện trở R phải có giá trị
A. R = 1 (Ω). B. R = 2 (Ω).
C. R = 3 (Ω). D. R = 6 (Ω).
Hướng dẫn:
Chọn A.
Công suất tiêu thụ mạch ngoài:
Tổng kết
Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu xong phần nội dung liên quan đến kiến thức Định luật ôm đối với toàn mạch. Công Thức Toán Lý Hóa hy vọng đã giúp bạn đọc nắm rõ được phần bài học quan trọng này và có thể áp dụng vào bài tập thực hành. Chúc các bạn học tập thật tốt nhé!