Vật lý 11 bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ, bộ nguồn ghép nối tiếp, song song và hỗn hợp đối xứng

Vật lý 11 bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ, bộ nguồn ghép nối tiếp, song song và hỗn hợp đối xứng. Khi giải các bài tập về nguồn điện chúng ta thường gặp các đoạn mạch chứa nguồn điện, một hoặc nhiều bộ nguồn điện được ghép nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp đối xứng.

Vậy đối với mạch có nhiều bộ nguồn điện được ghép nối tiếp, ghép song song hay ghép hỗn hợp đối xứng thì công thức và cách tính hiệu điện thế hay suất điện động, cường độ dòng điện và điện trở như thế nào? chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.

I. Đoạn mạch chứa nguồn điện (nguồn phát điện) mạch điện có nguồn điện

– Đối với đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát), dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi tới cực âm.

– Hiệu điện thế U_AB giữa hai đầu A và B của đoạn mạch, trong đó A nối với cực dương của nguồn điện: U_AB= ξ – I(r + R).

* Ví dụ (câu C3 trang 56 SGK Vật lý 11): Hãy viết hệ thức tính UBA đối với đoạn mạch và tính hiệu điện thế này khi cho biết E (hay ξ) = 6V; I = 0,5A; r = 0,3Ω; và R = 5,7Ω.

° Lời giải câu C3 trang 56 SGK Vật lý 11:

– Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch: $small I=frac{E-U_{AB}}{R+r}=frac{E+U_{BA}}{R+r}$

⇒ U_BA = I.(r + R) – E

– Vận dụng với: E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3ω và R = 5,7ω

– Ta có: U_BA = 0,5.(0,3 + 5,7) – 6 = -3(V).

II. Ghép các nguồn điện thành bộ

1. Bộ nguồn ghép nối tiếp

– Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện (ξ₁, r₁), (ξ₂, r₂),…, (ξ_n, r_n), được ghép nối tiếp với nhau, trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp.

bộ nguồn ghép nối tiếp dạng 1

bộ nguồn ghép nối tiếp dạng 2

– Suất điện động của n bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn điện có trong bộ: ξ_b= ξ₁+ ξ₂+…+ ξ_n.

– Điện trở trong r của n bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ: r_b= r₁+ r₂+…+ r_n.

2. Bộ nguồn ghép song song

– Bộ nguồn song song là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau, trong đó nối cực dương của các nguồn vào cùng một điểm A và nối cực âm của các nguồn vào cùng điểm B. bộ nguồn ghép song song

– Bộ nguồn song song có suất điện động và điện trở trong là: ξ_b= ξ và $small r_{b}=frac{r}{n}$ .

3. Bộ nguồn ghép hỗn hợp đối xứng

– Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng là bộ nguồn gồm n dãy ghép song song với nhau, mỗi dãy gồm m nguồn điện giống nhau ghép nối tiếp như sau: bộ nguồn ghép hỗn hợp đối xứng

– Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng có suất điện động và điện trở trong là: ξ_b = mξ; $small r_{b}=frac{mr}{n}$ .

– Với n là số dãy song song, m là số nguồn của mỗi dãy.

III. Bài tập vận dụng về bộ nguồn ghép nối tiếp, song song hay hỗn hợp đối xứng.

* Bài 1 trang 58 SGK Vật Lý 11: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?

° Lời giải bài 1 trang 58 SGK Vật Lý 11:

– Dòng điện này có chiều đi ra từ cực dương và đi vào cực âm của nguồn.

* Bài 2 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trình bày các mối quan hệ đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

° Lời giải bài 2 trang 58 SGK Vật Lý 11:

– Xét một đoạn mạch chứa nguồn điện như hình sau: mạch điện bài 2 trang 58 sgk vật lý 11

– Trong đó dòng điện có chiều từ B đến A;

– R_AB là điện trở toàn phần trên đoạn mạch AB.

– Các mối quan hệ giữa cường độ dòng điện I, hiệu điện thế U_AB, suất điện động E (hay ξ) là:

$small I=frac{xi -_{AB}}{R+r}$

hay $small U_{AB}=xi -I.(R+r)$

* Bài 3 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trình bày cách ghép các nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường hợp hãy viết công thức tính suất điện động của bộ nguồn và điện trở trong của nó.

° Lời giải bài 3 trang 58 SGK Vật Lý 11:

♦ Bộ nguồn nối tiếp gồm các nguồn (ξ₁; r₁), (ξ₂; r₂),…, (ξ_n; r_n) ghép nối tiếp bằng cách ghép cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau tạo thành một dãy liên tiếp.

– Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn :

ξ_b= ξ₁+ ξ₂+…+ ξ_n

r_b= r₁+ r₂+…+ r_n

– Trường hợp bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau có cùng suất điện động ξ và điện trở trong r ghép nối tiếp thì : ξ_b= n.ξ và r_b= n.r

♦ Bộ nguồn song song là bộ nguồn n nguồn giống nhau, trong đó cực dương của các nguồn được nối với một điểm A và cực âm của các nguồn được nối vào cùng một điểm B.

– Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn : ξ_b= ξ và $small r_{b}=frac{r}{n}$

* Bài 4 trang 58 SGK Vật Lý 11: Một ắc quy có suất điện động và điện trở trong là ξ = 6V và r = 0,6Ω .Sủa dụng ắc quy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6V-3W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của ắc quy khi đó.

° Lời giải bài 4 trang 58 SGK Vật Lý 11:

– Ta có: Điện trở của bóng đèn: $small R=frac{U^{2}}{P}=frac{6^{2}}{3}=12(Omega )$

– Cường độ dòng điện chạy trong mạch:

$small I=frac{xi }{R+r}=frac{6}{12+0,6}=0,476(A)$

– Xét đoạn mạch AB chứa nguồn (ξ, r) ta có: $small I=frac{xi -U_{AB}}{r}$

⇒ Hiệu điện thế giữa hai cực của Ắc quy:

$small dpi{100} small U_{AB}=xi -I.r=6-0,476.0,6=5,714(V).$

– Kết luận: I = 0,476(A) ; U = 5,714(V).

* Bài 5 trang 58 SGK Vật Lý 11: Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là ξ₁ = 4,5V, r₁ = 3Ω; ξ₂ = 3V; r₂ = 2Ω. Mắc hai nguồn điện thành mạch điện kín như sơ đồ hình 10.6. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế U_AB. mạch điện bài 5 trang 58 sgk vật lý 11

° Lời giải bài 5 trang 58 SGK Vật Lý 11:

– Để ý ta thấy đây là bộ nguồn mắc nối tiếp, nên sật điện động và điể trở của bộ nguồn là:

ξ_b= ξ₁+ ξ₂= 4,5 + 3 = 7,5(V).

r_b= r₁+ r₂= 3 + 2 = 5(Ω).

⇒ Cường độ dòng điện chạy trong mạch là: $small I=frac{xi _{b}}{r_{b}}=frac{7,5}{5}=1,5(A)$

– Hiệu điện thế U_AB trong trường hợp này là: U_AB = ξ₂ – I.r₂ = ξ₁ – I.r₁ = 4,5 – 1,5.3 = 0(V).

* Bài 6 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trong mạch điện có sơ đồ hình dưới, hai pin có cùng suất điện động ξ = 1,5V và điện trở trong r = 1Ω. Hai bóng đèn giống nhau có cùng số ghi trên đèn là 3V – 0,75W. Cho rằng điện trở của các đèn không thay đổi theo nhiệt độ. mạch điện bài 6 trang 58 sgk vật lý 11

a) Các đèn có sáng bình thường không ? Vì sao?

b) Tính hiệu suất của bộ nguồn.

c) Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.

d) Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?

° Lời giải bài 6 trang 58 SGK Vật Lý 11:

– Từ thông số của bóng đèn, ta có, hiệu điện thế định mức của bóng đèn là U_đm = 3(V) và cống suất định mức cả bóng là P_đm = 0,75(w)

⇒ Điện trở của mỗi bóng đèn: $small R_{1}=R_{2}= R_{d}=frac{U_{dm}^{2}}{P_{dm}}=frac{3^{2}}{0,75}=12(Omega )$

– Vì 2 đèn mắc song song nên ta có điện trở tương đương (điện trở mạch ngoài):

$small frac{1}{R_{N}}=frac{1}{R_{1}}+frac{1}{R_{2}}$ $small Rightarrow R_{N} =frac{R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}=frac{12.12}{12.12}=6(Omega )$

– Do 2 nguồn điện được mắc nối tiếp nên ta có, công thức tính suất điện động và điện trở trong là:

ξ_b= ξ₁+ ξ₂= 2ξ = 2.1,5 = 3(V)

r_b= r₁+ r₂= 2r = 2.1 = 2(Ω).

⇒ Cường độ dòng điện chay qua mạch chính là: $small I=frac{xi_{b} }{R_{b}+r_{b}}=frac{3}{6+2}=0,375(A)$

⇒ Hiệu điện thế đặt vào 2 đầu mỗi bóng đèn là: $small U_{d}=U_{N}=I.R_{N}=0,375.6=2,25(V)$

– Theo bài ra, hiệu điện thế định mức của đèn: U_đm = 3(V) > U_đ = 2,25(V).

⇒ Các đèn sáng yếu hơn mức bình thường.

b) Hiệu suất của bộ nguồn:

$small H=frac{U_{N}}{xi _{b}}$ .100% = $small =frac{2,25}{3}$ .100% = 75%.

c) Hiệu điện thế giữa 2 cực của mỗi pin là:

U₁ = U₂ = ξ₁ – I.r₁ = 1,5 – 0,375.1 = 1,125(V).

d) Nếu tháo bớt 1 bóng đèn thì điện trở mạch ngoài là R₁ = 12(Ω).

⇒ Dòng điện trong mạch khi đó là: $small I'=frac{xi _{b}}{R_{1}+r_{b}}=frac{3}{12+2}=0,214(A)$

⇒ Công suất tiêu thụ của đèn: P_đ = I’².R₁ = 0,214².12 = 0,55(w).

Hy vọng với bài viết về lý thuyết ghép các nguồn điện thành bộ, bộ nguồn ghép nối tiếp, song song và hỗn hợp đối xứng công thức và bài tập ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hoàng Thùy Chi About ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.

Có thể bạn cần