§9. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

• Định luật Ôm đối với toàn mạch (mạch điện kín)

Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch điện đó.

• Tích của cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch và điện trở của nó được gọi là độ giảm thế trên đoạn mạch đó. Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong:

(*) ⇒ $\xi$ = IR + Ir

• Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn và có hại cho nguồn điện và dây dẫn. (nguy hiểm)

• Định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập đến loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.

Giải

• Định luật Ôm đối với toàn mạch đề cập đến loại mạch điện kín đơn giản gồm một nguồn điện có suất điện động $\xi$, điện trở trong r và điện trở mạch ngoài là R (hình vẽ).

• Phát biểu định luật: Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần (điện trở trong và điện trở ngoài) của mạch điện đó.

I = $\large \frac{\xi }{R+r}$

2. Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì? Phát biểu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín.

Giải

• Độ giảm thế của một đoạn mạch là tích số giữa cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở toàn phần của mạch điện đó.

• Phát biểu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín. Suất điện động của nguồn có giá trị bằng tổng các độ giảm thế của mạch ngoài và mạch trong đoạn mạch đó.

$\xi$ = IR + Ir

3. Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra những tác hại gì? Có cách nào để tránh được hiện tượng này.

Giải

Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi ta nối hai cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ rất lớn và ảnh hưởng đến sự an toàn về điện. Để tránh hiện tượng này, trên các mạch điện ta nên gắn thêm một cầu chì. Khi hiện tượng đoản mạch xảy ra, cầu chì bị đứt mạch điện bị hở nên mạch điện được bảo vệ an toàn.

4. Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài $U_{N}$ phụ thuộc như thế nào vào điện trở $R_{N}$ của mạch ngoài?

A. $U_{N}$ tăng khi $R_{N}$ tăng.

B. $U_{N}$ tăng khi $R_{N}$ giảm.

C. $U_{N}$ không phụ thuộc vào $R_{N}$.

D. $U_{N}$ lúc đầu giảm, sau đó tăng dần khi $R_{N}$ tăng dần từ 0 tới vô cùng

Giải

Chọn câu A

5. Mắc một điện trở 14$\Omega$ vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1$\Omega$ thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là 8,4 V.

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn.

b) Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó

Giải

Cường độ dòng điện trong mạch: I = $\large \frac{U}{R}$ = $\large \frac{8,4}{14}$ = 0,6A

Suất điện động của nguồn: $\xi$ = IR + Ir = I(R + r) = 0,6.15 = 9 V

Công suất mạch ngoài: P = UI = 8,4.0,6 = 5,04 W

Công suất của nguồn điện: P = $\xi$I = 9.0,6 = 5,4W

6. Điện trở trong của một acquy là 0,06 $\Omega$ và trên vỏ của nó ghi 12 V. Mắc vào hai cực của acquy này một bóng đèn có ghi 12V - 5 W.

a) Hãy chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sáng bình thường và tính công suất tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn khi đó.

b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.

Giải

a) Điện trở đèn: R = $\large \frac{U^{2}}{P}$ = $\large \frac{144}{5}$ = 28,8$\Omega$

Cường độ định mức của đèn:

$I_{dm}$ = $\large \frac{P}{U}$ = $\large \frac{5}{12}$ = 0,416 A

Cường độ dòng điện trong mạch

⇒ đèn sáng gần như là bình thường

Công suất tiêu thụ điện thực tế của đèn

P = R$I^{2}$ = 28,8.$(0,4158)^{2}$ = 4,979 W

b) Hiệu suất nguồn điện:

H = $\frac{U}{\xi }$ = $\frac{R}{R+r}$ = $\frac{28,8}{28,86}$ = 99,7%

7. Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 2$\Omega$. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6$\Omega$ vào hai cực của nguồn này.

a) Tính công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn.

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hay yếu hơn so với trước đó.

Giải

a) Điện trở tương đương mạch ngoài:

Cường độ dòng điện trong mạch: I = $\frac{\xi }{R+r}$ = $\frac{3}{5}$ = 0,6A

Cường độ dòng điện qua mỗi bóng: $I_{1}$ = $I_{2}$ = $\frac{I}{2}$ = $\frac{0,6}{2}$ = 0,3 A

Công suất tiêu thụ mỗi bóng: $P_{1}$ = $P_{2}$ = $RI^{2}$ = 6.0,09 = 0,54 W

b) Cường độ dòng điện trong mạch chính khí tháo một đèn

⇒ Đèn sẽ sáng mạnh hơn so với trước.