Công thức định luật ôm đối với toàn mạch là
Show Georg Simon Ohm (1789 – 1854), nhà vật lí học người Đức, khi thế giới chưa có ampe kế và vôn kế, bằng những công cụ thô sơ thì ông đã nghiên cứu và công bố định luật Ôm vào năm 1827, nhưng đến 49 năm sau mới được kiểm nghiệm và công nhận tính đúng đắn của định luật. Bài hôm nay đi tìm hiểu về định luật Ôm và công thức định luật Ôm. Bạn đang xem: Công thức định luật ôm đối với toàn mạch Tìm hiểu định luật ômĐịnh luật Ôm là gì?– Định luật Ôm: định luật liên quan đến sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của hiệu điện thế và điện trở. – Nội dung của định luật: Cường độ dòng điện khi chạy qua dây dẫn sẽ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu dây và cường độ dòng diện sẽ tỉ lệ nghịch điện trở của dây dẫn. Biểu thức: Trong đó: + I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A). + U là điện áp trên vật dẫn (V) + R là điện trở (ôm). – Trong định luật Ohm, điện trở R sẽ không phụ thuộc vào cường độ dòng điện, như vậy R là 1 hằng số. Công thức định luật ôm toàn mạchThí nghiệmCho kết quả của một thí nghiệm như sau: Định luật Ôm đối với toàn mạchTừ kết quả trên ta thấy: U(N) = U0 – a.I = E – a.I Với U(N) = UAB = I. R(N) được gọi là độ giảm thế mạch ngoài. Ta thấy: a = r là điện trở trong của nguồn điện. Do đó: E = I x = I. R(N) + I.r (*) Vậy: Suất điện động có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong. Từ hệ thức (*) ta có: U(N) = I. R(N) = E – It Kết luận: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. Hiện tượng đoản mạchCường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi R(N)= 0. Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và I = E/r Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn, chuyển hoá năng lượngCông của nguồn điện sản ra trong thời gian t: A = E.I.t (**) Nhiệt lượng toả ra trên toàn mạch: Q = (RN + r) x I^2 x t (***) Theo định luật bảo toàn năng lượng thì A = Q, do đó từ (**) và (***) ta suy ra Như vậy định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Hiệu suất nguồn điệnBài tập định luật ÔmBài 1:Cho mạch điện như hình dưới, thông số như sau: R1=10 Ω,R2=15 Ω,R3=6 Ω R4=3 Ω,nguồn có suất điện động =20V, điện trở r=1, ampe kế điện trở trong không đáng kể. a) Hãy cho biết chiều của dòng điện qua ampe kế và số chỉ của ampe kế là bao nhiêu b) Thay ampe kế bằng một vôn kế có điện trở vô cùng lớn,hãy xác định số chỉ của vôn kế khi đó là bao nhiêu? Đáp án: IA=0.59 A, dòng điện chạy từ C đến D, Vôn kế chỉ 3.67 V Bài 2: Cho mạch điện (hình vẽ dưới), với R1=3 Ω,R2=7 Ω,R3=6 Ω R4=9 Ω, nguồn có suất điện động =14V,điện trở trong r=1 Ω a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính và cường độ dòng điện qua mỗi điện trở b) Hiệu điện thế UAB và UMN c) Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở d) Hiệu suất của nguồn điện Đáp án: I=2A, I1=I2=1.2A, I3=I4=0.8A, UAB=12V, UMN=1,2V Bài 3:Cho mạch điện (hình vẽ dưới),các nguồn giống nhau mỗi nguồn có suất điện động =3 V,điện trở trong r=0.25 Ω,trên đèn có ghi 6V-6W, điện trở R1=4 Ω,R2=5 Ω,R3=5 Ω,R4=4 Ω, a) Hãy cho biết đèn sẽ sáng như thế nào? b) Để đèn sáng bình thường thì ta cần phải thay điên trở R1 bằng một điện trở R’ có giá trị là bao nhiêu? Đáp án: đèn sáng yếu, R’=1.5 Ω Bài 4: Cho mạch điện có sơ đồ như hình bên dưới. Cho biết: R1 = 8W; R2 = R3 = 12W; R4 là một biến trở. Đặt vào hai đầu A, B của mạch điện một hiệu điện thế UAB = 66V. a) Mắc vào hai điểm E và F của mạch một ampe kế có điện trở nhỏ không đáng kể và điều chỉnh biến trở R4 = 28W. b) Tìm số chỉ của ampe kế và chiều của dòng điện qua ampe kế. c) Thay ampe kế bằng một vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm số chỉ của vôn kế. Cho biết cực dương của vôn kế mắc vào điểm nào?Điều chỉnh biến trở cho đến khi vôn kế chỉ 0. Tìm hệ thức giữa các điện trở R1, R2, R3 và R4 khi đó và tính R4.Đáp án: IA=0.5A, dòng điện chạy từ F đến E, vôn kế chỉ 6.6V, mắc cực dương vôn kế vào điểm E, R4=18W Bài 5:Cho mạch điện (hình vẽ dưới), nguồn giống nhau, mỗi nguồn suất điện động =6 V,điện trở trong có r=3 Ω, điện trở R1=6 Ω,R2=3 Ω,R3=17 Ω,R4=4 Ω,R5=6 Ω, R6=10 Ω R7=5 Ω a) Xác định suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn. Xem thêm: Định Luật Về Nguyên Lý Thị Giác – Nền Tảng Của Đồ Họa, Định Luật Về Nguyên Lý Thị Giác Trong Thiết Kế b) Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính c) Nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài sau 1 phút d) Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở e) Hiệu suất của nguồn điện f) Công của dòng điện sản ra sau 1 phút Đáp án: 30V, 5W, 1500J, Ang = 1800J, H = 83.3% Bài 6: cho mạch điện (hình vẽ dưới). Với thông số R1=16W,R2=24W,R3=10W,R4=30W.Cường độ dòng điện qua R4 là 0,5A Tụ điện điện dung C1=5mF,điện trở Ampe kế rất nhỏ và điện trở vôn kế rất lớn,suất điện động của nguồn 22V. Yêu cầu tính: a) Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch b) Điện tích tụ điện c) Số chỉ vôn kế, Ampe kế d) Điện trở trong của nguồn Đáp án: a) 20V; b) Q=15.10-6 C; c) 8 V, 1A; d) 2W Trong các thí nghiệm trên, nhiệt độ của dây dẫn đang xét được coi như không đổi. Trong nhiều trường hợp, khi cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng thì nhiệt độ của dây dẫn cũng tăng lên và khi nhiệt độ tăng thì điện trở của dây dẫn cũng tăng. Do đó khi hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn tăng thì cường độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn cũng tăng nhưng tăng không tỉ lệ thuận (không tuân theo công thức định luật Ôm). Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế trong trường hợp này không phải là đường thẳng. Định luật Ôm cho toàn mạch là định luật được đặt theo tên của nhà vật lí Georg Simon Ohm (1789 - 1854) người Đức nêu lên mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong mạch với suất điện động của nguồn điện và điện trở của toàn mạch.
1/ Định luật Ôm đối với đoạn mạch có dòng điện Xét đoạn mạch AB chứa điện trở R, đặt vào hai đầu AB một hiệu điện thế là U, khi đó cường độ dòng điện trong mạch là I liên hệ với U thông qua biểu thức \[I=\dfrac{U}{R}\] Trong đó:
a/Đoạn mạch có điện trở mắc nối tiếp: R=R1 + R2 + R3 \[\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_{1}}+\dfrac{1}{R_{2}}+\dfrac{1}{R_{3}}\] toàn mạch đơn giản là mạch kín gồm điện trở tương đương của mạch ngoài R và một nguồn điện có suất điện động E, điện trở bên trong của nguồn là r. Giả sử cường độ dòng điện không đổi trong mạch là I, khi đó trong khoảng thời gian t lượng điện tích (điện lượng) nguồn dịch chuyển trong mạch là q=It Công của nguồn điện: A$_{ng}$=Eq=E.I.t Theo Định luật Jun-Lenxơ nhiệt lượng tỏa ra trên các điện trở trong khoảng thời gian t: Q=I2(R+r)t Bỏ qua sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta cóA$_{ng}$=Q => E=I(R+r)=I.R + Ir Trong đó
Định luật Ôm cho toàn mạch E=I(R+r) (*) Trong đó:
Điện trở trong r của nguồn điện rất nhỏ, một số bài toán vật lí ta coi r=0 => U=E hay nói cách khác hiệu điện thế mạch ngoài khi mắc vào hai đầu nguồn điện (r =0) có giá trị bằng độ lớn suất điện động của nguồn điện. Các thông số ghi trên pin (1,5V; 3V …) là giá trị suất điện động của pin và ta cũng có thể coi đó là hiệu điện thế ngoài của pin. 4/ Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch)
Hiện tượng đoản mạch là hiện tượng vật lí xảy ra khi nguồn điện được nối với mạch ngoài có điện trở không đáng kể (R ≈ 0) trong thực tế hiện tượng đoản mạch chính là hiện tượng xảy ra khi nối cực âm với cực dương của nguồn điện mà không qua thiết bị tiêu thụ điện. Khi nối cực âm với cực dương của nguồn điện ác quy thanh than chì bị nóng đỏ Vận dụng Định luật Ôm cho toàn mạch và Định luật Jun-Lenxơ giải thích hiện tượng trên Khi hiện tượng đoản mạch xảy ra (nối tắt cực âm và cực dương của nguồn điện với nhau) áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch ta có E=Ir => \[I=\dfrac{E}{r}\] (1) Nhiệt lượng tỏa ra trên mạch theo định luật Jun-Lenxơ:Q=I2rt (2) Nhận xét: điện trở trong r của nguồn rất nhỏ => I rất lớn, cường độ dòng điện trong mạch lớn sẽ sinh ra nhiệt lượng rất lớn, nhiệt lượng này có thể nung nóng đỏ dây dẫn và làm đứt dây tại vị trí liên kết yếu nhất, đây chính là nguyên tắc hoạt động của cầu chì hoặc rơle, ổn áp để bảo vệ mạch điện khi xảy ra hiện tượng đoản mạch.Hiện tượng đoản mạch không chỉ xảy ra với mạch điện có dòng điện không đổi, nó xảy cả với mạch điện có dòng điện thay đổi (dòng điện xoay chiều) Xem thêm: |