Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Dòng điện không đổi - Đỗ Quốc Huy

ppt 32 trang cucquyet12 6611
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Dòng điện không đổi - Đỗ Quốc Huy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_vat_ly_dai_cuong_2_chuong_4_dong_dien_khong_doi_do.ppt

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Dòng điện không đổi - Đỗ Quốc Huy

  1. Th.S Đỗ Quốc Huy BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 Chuyên đề: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI (Để download tài liệu này, hãy đăng nhập vào diễn đàn của trang web champhay.com)
  2. MỤC TIÊU Sau khi học xong chương này, SV phải : – Nêu được khái niệm cường độ, mật độ dòng điện. – Vận dụng được các định luật Ohm, Kirchhoff để giải mạch điện. – Tính được công suất của dòng điện, nguồn điện.
  3. NỘI DUNG I – Các khái niệm cơ bản về dòng điện II – Định luật Ohm III – Định luật Kirchhoff IV – Công, công suất của dòng điện V – Công suất, hiệu suất của nguồn điện VI – Ghép các nguồn điện giống nhau
  4. I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: 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. dq q 2 – Cường độ dòng điện: I = DĐKĐ I = dt t dI I 3 – Mật độ dòng điện: j = p/b đều j = dS S S Sn n n + →→ + dSn + j= no q v
  5. I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: Ví dụ 1: Mỗi giây có 2.1018 ion dương hóa trị 2 và 4.1018 electron chạy qua đèn ống có đường kính tiết diện d = 2,0cm. Tính cường độ dòng điện và trị số trung bình của mật độ dòng điện j qua đèn. Giải q q+ q I ==+− tt 2.1018 .2.1,6.10−− 19+ 4.10 18 .1,6.10 19 ==1,28A 1 I I 4I 4.1,28 32 j = =2 = 2 = 2 = 4,08.10 A / m Sn d / 4 d 3,14.(0,02)
  6. I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: Ví dụ 2: Một dây chì có tiết diện S = 2mm2, có dòng điện 5A chạy qua. Tính mật độ dòng điện qua dây chì. Dây chì này có thể chịu được dòng điện tối đa là bao nhiêu, nếu mật độ dòng cho phép là 450A/cm2? Một động cơ điện có giới hạn dòng là 18A thì phải dùng dây chì có đường kính tiết diện bao nhiêu để bảo vệ động cơ? Giải I5 j= = = 2,5 (A / mm2 ) I= j .S = 4,5.2 = 9A S2 max max d2 I== j .S j . max max max 4 4I 4.18 d =max = = 2,26mm .jmax 3,14.4,5
  7. I – CÁC K/N CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN: 4 – Nguồn điện, suất điện động: Nguồn điện: cơ cấu để duy trì dòng điện. ,r + - Pum X Suất điện động của nguồn điện: đặc trưng cho khả năng sinh công củaLàm nguồn sao đểđiện, đo duy trì dòng bằng: điện lâu dài? A* → → X  = = Ed* q 2cuc
  8. II – ĐỊNH LUẬT OHM: 1 – Đối với mạch điện thuần trở: →→ 1 Dạng vi phân: = I R jE= + - Ghép nối tiếp Ghép song song U n 11n I== kU RR= = ti RR R i1= tii1= n II= II= i  i R = n i1= S UU=  i UU= i i1= = 0 (1 + t) NX: ghép nt Rt tăng; ghép // Rt giảm. RR12 2 nhánh // thì: R t = RR12+
  9. II – ĐỊNH LUẬT OHM: 1 – Đối với mạch điện thuần trở: Ví dụ: cho đoạn mạch như hình vẽ Giải + A - B R23= R 2 + R 3 = 20  R R R I R= R + R = 30  1 2 M 3 45 4 5 R .R R=23 45 = 12  R R 2345 C 4 5 D RR23+ 45 N Rtd= R 1 + R 2345 = 20  UAB R1 = 8; R2 = 6; I1 = I = = 1,2A R td R3 = 14; R4 = 10; UCD== I.R 2345 14,4V R5 = 20; UAB = 24V a) Tính R U 14,4 tđ I= I =CD = = 0,72A b) Tính cđdđ qua mỗi R 23 R23 20 c) Tính UAM; UAN; UMN I4= I 5 = I − I 2 = 0,48A
  10. II – ĐỊNH LUẬT OHM: 2 – Đối với mạch điện kín: , r Ví dụ: + - A + - B R 1 R2 R I I M 3 R C D R4 R = 5; R = 30; R = 20;  1 2 3 I = R4 = 50; r = 2;  = 32V. Rr+ Tính cuờng độ dòng điện qua mỗi điện trở.
  11. II – ĐỊNH LUẬT OHM: 2 – Đối với mạch điện kín: Giải: , r A + - B R23= R 2 + R 3 = 50  R23 .R 4 R R= = 25  1 R2 R I 234 M 3 RR23+ 4 C D Rtd= R 1 + R 234 = 30  R4  32 I= I = = = 1A 1 R++ r 30 2 R1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; UCD== I.R 234 25V R4 = 50; r = 2;  = 32V. UCD I4 == 0,5A Tính cuờng độ dòng điện qua R4 mỗi điện trở. UCD I23= I = = 0,5A R23
  12. II – ĐỊNH LUẬT OHM: 3 – Tổng quát: , r UIRAB=  i + i i  A + - B ii R 1 R2 R I Qui ước: Đi từ A đến B, gặp cực M 3 dương của nguồn nào trước thì SĐĐ C D của nguồn đó mang dấu +; đi cùng R4 chiều dòng điện của nhánh nào thì CĐDĐ của nhánh đó mang dấu +; R1 = 5; R2 = 30; R3 = 20; R = 50; r = trái lại chúng mang dấu - . 4 2;  = 32V. Ví dụ: Tính UAB, UAM, UBM trong sơ đồ hình bên
  13. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 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. R1 11,r + - R R 2 + - 22,r
  14. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 2 - Định luật Kirchhoff thứ nhất (ĐL K1): Tổng đại số các dòng n Qui ước: dòng đi tới I0= nút là dương, dòng điện tại một nút bất kì  k luôn bằng không. k1= đi ra khỏi nút là âm. Hay: Tổng các dòng điện đi tới một nút mạng bất kì bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút I2 I1 mạng đó. I3 I5 II= I4 toi ra IIIII3+ 2 = 5 + 4 + 1
  15. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 3 - Định luật Kirchhoff thứ hai (ĐL K2): 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.  +I R = 0 i i i  ,r ii I R1 11 1 + - Qui ước: 1 I R Mắt (1):  −I (R + r ) − IR = 0 A B 1 1 1 1 Mắt (2): − +I (R + r ) + IR = 0 R 2 2 2 2 2 I 2 2 + - Mắt (3): 22,r −2 + 1 +I 2 (R 2 + r 2 ) − I 1 (R 1 + r 1 ) = 0
  16. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 4 – Vận dụng các đl Kirchhoff để giải mạch điện: Các bước: 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).
  17. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 5 – Ví dụ: Tính cường độ dòng điện trong các nhánh của sơ đồ sau. Nguồn nào phát, nguồn nào thu?  =6V;  = 3V; 11,r 12 I1 + - r12= r = 1  ;R = 2  I R A B Giải Giả sử dòng điện có chiều I2 + - như hình vẽ. 22,r
  18. III – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: 11,r Ad định luật K1: I1 + - Nút A: III12+= (1) 1 I R Ad định luật K2: A B Mắt (1): 1 −I 1 r 1 − IR = 0 2 I2 + - 6 − I1 − 2I = 0 (2) Mắt (2): −2 +I 2 r 2 + IR = 0 22,r −3 + I2 + 2I = 0 (3) Giải (1), (2), (3) ta được: I1 = 2,4A Chiều dòng I2 ngược với trên hình vẽ. I2 =− 0,6A Nguồn 2 thu điện, nguồn 1 phát điện. I= 1,8A
  19. IV – CÔNG, CÔNG SUẤT CỦA DĐ: 1 – Công của dòng điện trong một đoạn mạch: + R - A== qU UIt 2 – Định luật Joule - Lenz: Q= I2 Rt 3 – Công suất của dòng điện trong một đoạn mạch: Mạch chỉ U2 A có R PIR==2 P== UI R t Mạch chỉ có máy thu ',r P=  'I + I2 r + I + - -
  20. V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: 1 – Công suất của nguồn điện: PIn = ,r 2 – Hiệu suất của nguồn điện: + I + - - PUR H = = = R Pn + R r 3 – ĐK để nguồn phát ra mạch ngoài c/s cực đại: 22R 2 PIR=2 = P = khi Rr= (R+ r)2 4r max 4r Lưu ý: Luôn có 2 giá trị R tiêu thụ c/s P < Pmax : 2 R12 R= r
  21. V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: P 2 ,r  + I + - - 4r P R R O R1 r R2 2 Tóm lại: Khi Rr= thì P = max 4r 2 Khi R12 R= r thì PPP1= 2 max
  22. V – C/SUẤT, HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN: Ví dụ: ,r + I + - - Cho mạch điện như hình vẽ.  = 6V; r = 2; R = 4  R a)Tính cường độ dđ, công suất tiêu thụ của R, c/s và hiệu suất của nguồn điện. b) Thay R’ thấy công suất của mạch ngoài vẫn không đổi. Tính R’. c) Phải thay R = ? để nguồn phát ra công suất lớn nhất? Tính giá trị Pmax.
  23. VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: 1 – Ghép nối tiếp: ,r + I + - - R R Ví dụ: 5 cục pin loại (3V, 0,2) ghép b0 =n  nối tiếp sẽ tương đương với một rb0= nr nguồn có SĐĐ và điện trở trong bao nhiêu? ĐS: 15V và 1
  24. VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: 2 – Ghép song song: ,r + I + - - R R Ví dụ: 5 cục pin loại (6V, 2) ghép b0 =  song song sẽ tương đương với một nguồn có SĐĐ và điện trở trong bao r0 nhiêu? rb = n ĐS: 6V và 0,4
  25. VI – GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN GIỐNG NHAU: 3 – Ghép hỗn hợp đối xứng: m nguồn nối tiếp ,r + I + - -  n dãy song song R  R Ví dụ: 6 cục pin loại (3V; 1,5) có bao nhiêu cách b =  1day =m  0 ghép thành bộ đối xứng? Tính SĐĐ và điện trở r mr r ==1day 0 trong của bộ nguồn tương b soday n đương trong mỗi cách đó.
  26. VII – MẠCH TAM GIÁC - SAO: A A r RC R A B r o B rC RA B C B C (RABC+ R )R =+rrAB RRRABC++ RRAB/ = AB/Y (R+ R )R RR= ACB AC/ AC/Y =rrAC + RRR++ RR= ABC BC/ BC/Y (RBCA+ R )R =+rrBC RRRABC++
  27. VII – MẠCH TAM GIÁC - SAO: A A r RC R A B r o B rC RA B C B C Ví dụ: RA = 5, RB = 2, RC = 3 RBC .R rA = RRR++ thì r = 0,6; r = 1,5, r = 1 ABC A B C RAC .R RRRRABC=== R rB = rABC=== r r RRRABC++ 3 RAB .R rC = RRRABC++
  28. VIII – MẠCH CẦU: R1 R2 RR M TH1: 12= (CẦU CÂN BẰNG) B RR34 A R Khi đó: I5 = 0 và VM = VN + 5 - R3 R4 bỏ R5 chập M với N N R R R R2 1 M 2 1 B B A A M N - - + R4 + R3 R3 R4 N Ví dụ: có 5 điện trở bằng nhau và bằng R được ghép thành mạch cầu. Tính Rtđ ĐS: Rtđ = R
  29. VIII – MẠCH CẦU: R1 R2 RR M TH2: 12 (CẦU 0 CÂN BẰNG) B RR34 A R5 - Biến đổi mạch → Y + R R3 R4 M 2 rM N B R1 R2 A rA Ví dụ: M R + 5 - B R4 A rN R5 - + N R3 R4 N K ĐS: Rtđ = R = 130 11R R6 Rtd = = 110  R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R =130. 13 Tính Rtđ khi K mở và khi K đóng.
  30. VIII – MẠCH CẦU: Ứng dụng: đo điện trở bằng cầu Wheastone: R Rx: điện trở cần đo X R0 G R0: điện trở chuẩn, đã biết A B C Di/c con chạy C đến khi điện kế G chỉ số 0. Khi đó cầu cân I + - bằng. Ta có tỉ số: ,r R R R AC X 0 AC Vậy: RRX0= = =RRX0 BC RRAC BC R BC Ví dụ: AB = 100cm; AC = 25cm; R0 = 90. Tính RX ĐS: RX = 30
  31. VIII – MẠCH CẦU: VÍ DỤ: Các điện trở đều bằng R = 120. Tính Rtđ khi dđ: B B A 2 A 2 6 7 O 1 3 1 5 3 5 8 4 4 C D C D 2R RR= R AC = a) Vào A ra C AC a) Vào A ra C 3 5R 8R R = R = b) Vào A ra B AB 8 b) Vào A ra B AB 15 R 7R c) Vào B ra D R BD = c) Vào A ra O R = 2 AO 15
  32. BÀI TẬP VÍ DỤ: Cho đoạn mạch như hình vẽ: E1 = 3V, E2 = 6V, r1 = r2 = 1, R1 = R2 = 5, RA = 0. E2, r2 A I1 B a) Tính số chỉ của ampe kế và UBD. I 1 I2 b) Thay ampe kế bằng vôn kế E1, r1 A R2 có điện trở rất lớn thì vôn 2 kế chỉ bao nhiêu? R1 c) Đảo cực của nguồn E2 tìm D C lại kết của câu a và b.