[Vật lý 11] Lý thuyết và bài tập Định luật Ôm đối với toàn mạch chuẩn SGK

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 chúng ta hãy cùng học ngay nhé!

Bạn đang xem bài viết: Định luật Ôm đối với toàn mạch

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)

Xem thêm: [Vật lý 9] Lý thuyết Điện trở của dây dẫn – Định luật Ôm

Định luật Ôm đối với toàn mạch

Ta có biểu thức:

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:

E = U_N khi r = 0 hoặc mạch hở (I = 0)

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 I_max = 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 = (R_N+ r)I²t     

Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng thì A = Q, ta có:
 

E = I(R_N + r) và I = E/(R_N + r)

Như vậy định luật ôm với toàn mạch phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Hiệu suất nguồn điện

Các hệ thức trên cho thấy công của nguồn điện bằng tổng công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài và ở mạch trong , trong đó công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài có ích, Từ đó, ta có công thức tính hiệu suất của nguồn điện như sau:

Vận dụng: Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở RN:

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/(R_td + 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.

Hướng dẫn: 

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ bên dưới

R¹ = 20W; R² = 20W, U^AB = 60V. Hãy tính:

1. Điện trở của đoạn mạch trên?
2. Cường độ dòng qua đoạn mạch?
3. Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và Hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở?
4. Tính công và công suất mà đoạn mạch tiêu thụ trong 1 giờ

Hướng dẫn:

1. Vì đoạn mạch mắc song song nên ta có:

R₁ // R₂ => R_AB = (R₁. R₂)/ (R₁+R₂) = 10Ω

1. Cường độ dòng qua đoạn mạch:

I = U_AB/ R_AB = 6A

1. Cường độ dòng điện và Hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở

I₁ = I₂ = 3A

U₁ = U₂ = U = 60v

1. Công và công suất mà đoạn mạch tiêu thụ trong 1 giờ:

A = U.I.t = 60.6.3600 = 1296000J

P = U.I = 360W

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!