- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Cơ sở vật lý cho Tin học - Chương 4: Dòng điện và nguồn điện
Xem mẫu
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Dòng điện không đổi
Dòng điện Dòng điện không đổi Cường độ dòng điện Mật độ dòng điện
Xác định bằng Có giá trị bằng
- Là dòng Là dòng điện có thương số giữa điện lượng chuyển
dịch chuyển chiều và cường độ
có hướng điện lượng chuyển qua 1 đơn vị diện
không đổi theo qua tiết diện dây tích đặt vuông góc
của các điện thời gian.
tích. dẫn trong một đơn với chiều dòng
- Chiều dòng vị thời gian điện
điện được q I
quy ước là I Jn
t S
chiều chuyển
động của các Dạng vi phân: Dạng vi phân:
điện tích dq dI
dương. I Jn I J n .dS
dt dS
Đơn vị là Ampe (A) Đơn vị là A/m2
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
- Điều kiện để có dòng điện chạy trong vật dẫn là phải có một hiệu
điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn (cần có một điện trường).
- Dưới tác dụng của lực điện trường các electron tự do ở vật dẫn
chuyển động ngược chiều điện trường, các điện tích dương dịch
chuyển cùng chiều điện trường, hình thành dòng điện trong dây
dẫn. Dòng điện có chiều từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện
thế thấp.
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
- Tuy nhiên, đầu có điện thế thấp sẽ mất dần electron nên
điện tích âm đầu này bị giảm. Ngược lại, đầu có điện thế cao
do nhận thêm electron nên điện tích dương của đầu này cũng
sẽ giảm.
Cực âm Cực dương
- Để duy trì dòng điện ta cần có một
thiết bị tạo ra hiệu điện thế đó, gọi
thiết bị đó là nguồn điện.
- Hai thành phần quan trọng của nguồn
điện là cực dương (+) và cực âm (-).
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
Nguyên tắc tạo ra cực dương và cực âm của nguồn điện
- Cần có một lực tách các electron
ra khỏi nguyên tử trung hòa, đồng
thời lực này chuyển các electron
hoặc các ion dương ra khỏi mỗi
cực. Cực thừa electron gọi là cực
âm, cực còn lại mất electron gọi là
cực dương.
- Lực này bản chất không phải là lực tĩnh điện mà gọi là lực lạ (vì
nếu là lực tĩnh điện thì giữa electron và ion dương là lực hút do đó
ko thể tách chúng ra xa nhau ). Lực lạ trong pin, acquy là lực hóa
học, còn trong máy phát điện là lực từ...
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
- Nối hai đầu vật dẫn với hai cực của nguồn điện ta tạo được mạch
kín. Dưới tác dụng của lực điện trường các electron tự do ở vật dẫn
chuyển động ngược chiều điện trường từ cực âm qua vật dẫn đến
cực dương, còn các hạt tải điện dương ngược lại từ cực dương
sang cực âm.
- Bên trong nguồn điện,
dưới tác dụng của lực
lạ, các hạt tải điện
dương lại dịch chuyển
ngược chiều điện
trường từ cực âm đến
cực dương.
- Trong mạch kín hình thành một dòng điện chạy liên tục và được duy trì.
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
Pin khô- Leclanché
Cực dương: Thanh Cacbon được
bao quanh Mangan dioxit (MnO2)
Cực âm: Kẽm.
Dung dịch điện phân: amoni
clorua (NH4Cl) trộn với hồ đặc
Do tác dụng hóa học:
- Tại cực dương xảy ra phản ứng
hóa học (oxi hóa) tạo ra hợp chất
giải phóng electron
- Tại cực âm xảy ra phản ứng
khử để hấp thụ các electron đó.
Kết quả electron chạy từ cực
dương sang cực âm
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
Định nghĩa Các đặc điểm Suất điện động Công suất của nguồn
Là thiết bị tạo và - Không tạo thêm Đặc trưng cho khả
Công suất của nguồn
duy trì hiệu điện điện tích mà có năng thực hiện công
của nguồn điện (công điện có trị số bằng
thế nhằm duy trì vai trò như một
của lực lạ). công của nguồn điện
dòng điện trong máy bơm điện
thực hiện trong một
mạch điện. tích. Sđđ xác định bằng
Nguồn điện có
đơn vị thời gian
- Duy trì và tạo thương số giữa công
khả năng thực A của lực lạ dịch A .I .t
dòng điện trong
hiện công khi đưa chuyển một điện tích ng .I
mạch t t
các điện tích dương q ngược chiều
dương chạy - Nguồn điện là điện trường và độ lớn
ngược chiều điện nguồn năng của điện tích đó
trường hoặc các lượng, có thể
điện tích âm chạy chuyển từ dạng A
cùng chiều điện năng lượng khác
sang dạng năng q
trường.
lượng điện.(pin, Đơn vị là Vôn (V)
acquy…) 1V=1 J/C
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1. Khái niệm về dòng
điện và nguồn điện
Nguồn điện
Các cách ghép nhiều nguồn thành bộ nguồn
b 1 2 3 .... n
rb r1 r2 r3 ... rn
b
r
rb
n
b m
mr
rb
n
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2. Định luật Ohm
Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở
Liên hệ giữa I và U: I .U gọi là độ dẫn điện
Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng di chuyển của các hạt điện
tích qua một môi trường vật chất khi có lực tác động vào các hạt điện tích.
Điện trở suất là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở chuyển động có hướng
của các hạt điện tích trong mỗi chất
0 1 (t t 0 )
0 là điện trở suất ở t0 = 20o C, là hệ số nhiệt điện trở của chất
Điện trở là đại lượng đặc trưng cho khả năng ngăn cản dòng điện trong
mạch và tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện, tỷ lệ thuận với điện trở suất
1 U
R Suy ra I
R
R R0 1 (t t 0 ) R0 là điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ t0 = 200C.
l
R l là chiều dài dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn
S
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2. Định luật Ohm
Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở
Cách ghép điện trở
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2. Định luật Ohm
4.2.1. Định luật Ohm tổng quát cho mạch kín
,r
A q It
2
A Q I (R r)
Q RI t rI t
2
Suy ra I R
Rr
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.
Gọi U= R U Ir
Acoich U r
Hiệu suất của nguồn H 1 I
A
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2. Định luật Ohm
4.2.1.Định luật Ohm tổng quát cho đoạn mạch có nguồn điện
,r R
A B
U AB I ( R r )
A ,r
B
R
Lưu ý: - Đi từ A đến B gặp cực dương của nguồn thì lấy dấu +
- Đi từ A đến B gặp cực âm của nguồn thì lấy dấu –
- Đi từ A đến B cùng chiều dòng điện thì lấy +
- Đi từ A đến B ngược chiều dòng điện thì lấy -
Nếu dòng điện đi vào cực âm của nguồn thì ta nói đây là nguồn phát
điện. Ngược lại thì ta nói là nguồn thu điện.
* Nếu chưa biết chiều dòng điện chạy qua đoạn mạch thì ta giả thiết
chiều dòng điện chạy từ A đến B. Sau khi áp dụng định luật Ohm, ta tính
được kết quả tìm được dòng điện có giá trị dương thì chiều dòng điện giả
thiết là đúng với chiều dòng điện chạy trong đoạn mạch; nếu dòng điện
có giá trị âm thì chiều dòng điện chạy qua đoạn mạch ngược chiều với
chiều đã giả thiết.
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2. Định luật Ohm
4.2.1. Định luật Ohm tổng quát cho mạch kín
Ví dụ minh họa
Cho mạch điện như hình vẽ : trong đó 1 = 6V; r1=1Ω; r2=3Ω;
R1=R2=R3=6Ω.
Vôn kế V (điện trở rất lớn) chỉ 3V. Tính suất điện động 2. E1,r1 E2,r2
D
I 1,r1 2,r2
Giải V
R3
R ( R R3 ) R1
R 2 1 4 I1 B
R2 R1 R3 A
C
I1 R2 1 I
U AB I1 ( R1 R2 ) I 2 R2 ; I I1 I 2 I1 I2
I 2 R1 R3 2 3 R2
UCD = UCA + UAD = -R1I1+ 1 – r1I = 6 -3I H.1
U CD 3V 6 3I 3 I 1A; I 3 A
- Với I= 1A: 1 + 2 = ( R + r1 +r2 )I = 8 => 2 = 2V
- Với I = 3A: 1 + 2 =8 *3 = 24 => 2 = 18V
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 2. Định luật Ohm
4.2.2. Định luật Ohm dạng vi phân
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.3. Dòng điện trong các vật liệu điện
4.3.1.Dòng điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của
các electron tự do dưới tác dụng của lực điện trường
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.3. Dòng điện trong các vật liệu điện
4.3.2. Dòng điện trong chất bán dẫn
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển của các electron
và các lỗ trống dưới tác dụng của lực điện trường
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.4. Định luật Kirchhoff
4.4.1. Định luật Kirschoff 2 về điện thế (Kirchhoff's Voltage Law, KVL)
Còn gọi là hệ quả của nguyên lý bảo toàn năng lượng: Công của lực điện dịch
chuyển 1 đơn vị điện tích dương (1C) theo một đường cong kín bằng không.
Phát biểu: Đi theo một vòng mạch kín (mắt mạch) với chiều f tùy ý,
tổng đại số các suất điện động và tổng đại số các độ giảm điện thế
luôn bằng 0.
I R
k k 0
Quy ước: Chọn 1 chiều đi của
vòng mạch (chiều f), dòng điện
nào có cùng chiều đi với chiều
đi của vòng sẽ mang dấu (+) và
ngược lại sẽ mang dấu (-).
Sđđ mang dấu (+) nếu chiều từ
cực dương sang cực âm trùng
với chiều f và ngược lại sẽ
mang dấu (-).
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.4. Định luật Kirchhoff
4.4.2. Định luật Kirschoff 1 về dòng điện cho 1 nút (Kirchhoff's Current Law, KCL)
Còn gọi là định luật bảo toàn điện tích viết cho dòng điện không đổi.
Lưu ý: Một mạch điện gồm hai hay nhiều phần tử nối với nhau, các phần tử trong
mạch tạo thành những nhánh. Giao điểm của hai hay nhiều nhánh được gọi là nút.
Phát biểu: Tổng đại số những dòng điện đi qua 1 nút phải bằng 0
I k 0
Quy ước: Dòng điện đi vào nút có dấu (+) và dòng điện đi ra khỏi nút có dấu (-).
Hoặc ta có thể quy ước ngược lại.
Tổng các dòng điện đi vào một
nút bằng tổng các dòng điện đi
ra khỏi nút đó.
I1 I 5 I 2 I 3 I 4 0
I1 I 5 I 2 I 3 I 4
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.4. Định luật Kirchhoff
Ví dụ áp dụng
Cho mạch như hình vẽ. Tìm dòng điện
chạy qua mỗi điện trở, biết điện trở trong
của mỗi nguồn không đáng kể.
- Dòng điện đi qua nhánh ABC là i1 , qua nhánh CA là i2, qua nhánh CDA là i3 .
-Áp dụng KCL : Tại nút C thì i1= i2 + (i1-i2).
Tại nút A thì i1=i2+i3, do vậy i3=i1-i2
Áp dụng KVL cho vòng kín ABC: 10i1 + 4i2 - 20 = 0 (1)
và áp dụng cho vòng kín ACD: – 4i2 + 8i3 -12=0 hay -4i2+8(i1-i2)=12 suy ra:
8i1 – 12i2 - 12 =0 (2)
Giải hệ (1) và (2)
i1 = 1.895 A
i2 = 0.263 A
i3 = i1 – i2 = 1.895 – 0.263 = 1.632 A
- Chương 4. Dòng điện và nguồn điện Bài 4.5. Các loại nguồn điện
Các loại nguồn điện
nguon tai.lieu . vn