Bài giảng vật lí đại cương A2 - Chương 3: Dòng điện không đổi - Nguyễn Thị Ngọc Nữ

TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 1 VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 Chương 3 DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF §3.4 –CÔNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 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. E TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 2 2 – Cường độ dòng điện: dq I dt  Đơn vị: A • Dòng điện không đổi (I=const): q I.t dq: điện lượng chuyển qua diện tích S trong dt. t 0 q I.dt  §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3 – Vectơ mật độ dòng điện : dI j dS  Định nghĩa: tại điểm M là một véctơ có: • Điểm đặt: tại M. • Hướng: hướng chuyển động của điện tích dương. • Độ lớn: j S I j.dS  • Đơn vị: A/m2. - Nếu j=const (đều): I j.S j §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN dj nqv • n: mật độ hạt; • q: điện tích hạt; • : vận tốc chuyển động có hướng của hạt. dv §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 4 – Nguồn điện, suất điện động: Nguồn điện: cơ cấu để duy trì dòng điện. *A E q  Suất điện động của nguồn điện: đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện. X + - E, r §3.1 – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN X + - 1 – Đl Ohm đối với đoạn mạch đồng chất §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM j E     U I R  R S   + - R I 0(1 t)    1    : điện dẫn suất TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 Ghép nối tiếp Ghép song song n t i i 1 R R   n t ii 1 1 1 R R   iI I n i i 1 I I   n i i 1 U U   iU U NX: ghép nối tiếp Rt tăng; ghép song song Rt giảm. 2. Ghép điện trở 3 – Đl Ohm đối với mạch điện kín: E I R r   + - R E, r I §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM * Trường hợp mạch ngoài có máy thu điện: E E ' I R r r '     Máy thu: Dòng điện qua máy từ cực dương sang cực âm. + - R E, r I + E', r' - 4 – Định luật Ohm tổng quát: A B AB i i i i i V V U E I R     Qui ước: Đi từ A đến B, gặp cực dương của nguồn nào trước thì E của nguồn đó mang dấu +; đi cùng chiều dòng điện của nhánh nào thì I của nhánh đó mang dấu +; trái lại chúng mang dấu - . §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 R1 R2 1 1E , r 2 2E , r P Q §3.2 – ĐỊNH LUẬT OHM a – Ghép nối tiếp: + - b bE , r + - I R b 0 b 0 E nE r nr   R 5. ghép các nguồn điện giống nhau 0 0E , r b – Ghép song song: + - b bE , r + - I R b 0 0 b E E r r n   R 0 0E , r 5. ghép các nguồn điện giống nhau TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 6 c – Ghép hỗn hợp đối xứng: + - b bE , r + - I R b 1day 0 1day 0 b E E mE r mr r soday n     R       n dãy song song m nguồn nối tiếp 0 0E , r 5. ghép các nguồn điện giống nhau 1 – Các khái niệm cơ bản: 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. §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF 1 1E , r + - R1 2 2E , r + - R2 R 2 – Quy tắc Kirchhoff thứ nhất : in outI I  Tổng các dòng điện đi tới một nút mạng bất kì bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút mạng đó. §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF I1 I2 I3 I4 I5 3 2 5 4 1I I I I I    TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 7 3 – Quy tắc Kirchhoff thứ hai: 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. §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF i i i i i E I R 0   Qui ước: 1 1 1 1E I (R r ) IR 0   Mắt (1): Mắt (2): 2 2 2 2E I (R r ) IR 0     Mắt (3): 2 1 2 2 2 1 1 1E E I (R r ) I (R r ) 0       I1 A B 1 1E , r + - R1 2 2E , r + - R2 R I2 I 1 2 4 – Vận dụng các quy tắc Kirchhoff để giải bài toán về mạch điện: 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). §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF Ví dụ: Tính cường độ dòng điện trong các nhánh của sơ đồ sau. Nguồn nào phát, nguồn nào thu? A B 1 1E , r + - 2 2E , r + - R 1 2 1 2 E 6V;E 3V; r r 1 ;R 2        §3.3 – QUY TẮC KIRCHHOFF TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 8 1 – Công của dòng điện trong một đoạn mạch: A qU UIt R + - 2 – Công suất của dòng điện trong một đoạn mạch: A P UI t   2 2 UP I R R   Mạch chỉ có R 2P EI I r  Mạch chỉ có máy thu 3 – Định luật Joule - Lenz: 2Q I Rt §3.4 – CÔNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN 4 – Công suất của nguồn điện (máy phát): nP EI 5 – Hiệu suất của nguồn điện: 2 hi n P EI I r R H P EI R r      + - E, r + - I R §3.4 – CÔNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN 2 2 2 2 E R E P I R (R r) 4r     6 – Điều kiện để nguồn phát ra mạch ngoài công suất cực đại: 2 max E P 4r  R rkhi §3.4 – CÔNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NGUỒN ĐIỆN TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 9 + - R1 R2 R4 A B M N R3 R5 A B C A B C o RA RB RC rA rB rC  AB/ AB/Y AC/ AC/Y BC/ BC/Y R R R R R R         A B C A B A B C A C B A C A B C B C A B C A B C (R R )R r r R R R (R R )R r r R R R (R R )R r r R R R                    §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU 1. Mạch tam giác – sao A B C A B C o RA RB RC rA rB rC  B C A A B C A C B A B C A B C A B C R .R r R R R R .R r R R R R .R r R R R             A B C R r r r 3   A B C R R R R   1. Mạch tam giác – sao §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 10 + - R1 R2 R4 A B M N R3 TH1: 1 2 3 4 R R R R  (CẦU CÂN BẰNG) R5 + - R1 R2 R4 A B M N R3 Khi đó: I5 = 0 và VM = VN + - R1 R2 R4 A B M N R3 bỏ R5 chập M với N §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU 2. Mạch cầu TH2: 1 2 3 4 R R R R  (CẦU KHÔNG CÂN BẰNG) Biến đổi mạch  → Y + - R1 R2 R4 A B M N R3 R5 rM rA rN + A - R2 R4 B M N R5 §3.5– MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU 2. Mạch cầu 3. Đo điện trở bằng cầu Wheastone Rx: điện trở cần đo R0: điện trở chuẩn, đã biết Di chuyển con chạy C đến khi điện kế G chỉ số 0. Khi đó cầu cân bằng: RX B E, r + - I A G C R0 0X AC BC RR R R  ACX 0 BC R R R R   X 0 AC R R BC  §3.5 – MẠCH TAM GIÁC – SAO. MẠCH CẦU