Vật lý 11 bài 9: Công thức Định luật Ôm (Ohm) cho toàn mạch, Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Vật lý 11 bài 9: Công thức Định luật Ôm (Ohm) cho toàn mạch, Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Khi pin Lơ-clan-sê (pin thường dùng) được sử dụng một thời gian dài thì điện trở trong phin tăng lên đáng kể và dòng điện mà pin sinh ra trong mạch điện kín trở nên khá nhỏ.

Định luật Ôm (Ohm) cho toàn mạch và Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng cùng nội dung trong bài viết này sẽ giải thích mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong đoạn mạch kín với điện trở trong của nguồn điện cùng các yếu tố khác của mạch điện.

I. Thí nghiệm

• Toàn mạch là một mạch kín gồm:Nguồn điện nối với mạch ngoài là các vận dẫn có điện trở tương đương R.

toàn mạch là mạch kín

• Mắc mạch như hình vẽ:

mạch điện kín

– Trong đó, ampe kế (có điện trở rất nhỏ) đo cường độ I của dòng điện chạy trong mạch điện kín, vôn kế (có điện trở rất lớn) đo hiệu điện thế mạch ngoài U_Nvà biến trở cho phép thay đổi điện trở mạch ngoài.

– Thí nghiệm được tiến hành với mạch điện này cho các giá trị đo I và U_N như bảng sau:

I(A)	0	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40
U(V)	3,05	2,90	2,80	2,75	2,70	2,55	2,50	2,40

– Các giá trị đo này được biểu diễn bằng đồ thị sau:

Đồ thị biểu diễn U va I

II. Định luật ôm đối với toàn mạch

• Thiết lập định luật Ôm cho toàn mạch

– Tích của cường độ dòng điện và điện trở được gọi là độ giảm điện thế. Nên tích IR_N còn được gọi là độ giảm điện thế mạch ngoài.

– Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

E=IR_N+Ir ⇒ U_N=IR_Nvà $small I=frac{E}{R_{N}+r}$

• Biểu thức định luật Ôm cho toàn mạch: $small I=frac{E}{R_{N}+r}$

– Trong đó:

I: Cường độ dòng điện của mạch kín (A)

E: Suất điện động (V)

R_N: Điện trở ngoài (Ω)

r: Điện trở trong (Ω)

• Phát biểu định luật Ôm với toàn mạch:

– 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.

– Lưu ý: $I=frac{E}{R_N+r}Rightarrow E=I(R_N+r)Rightarrow E=U_N+I.r$

E = U_N khi r = 0 hoặc mạch hở I=0.

III. Nhận xét

1. Hiện tượng đoản mạch

– Hiện tượng đoản mạch là hiện tượng 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 (max) và gây chập mạch điện dẫn đến nguyên nhận của nhiều vụ cháy (R_N ≈ 0): $small I=frac{E}{r}$

2. Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng

– Công của nguồn điện sản ra trong thời gian t: A = E.It

– Nhiệt lượng tỏa ra trên toàn mạch: Q = (R_N + r)I²t

– Theo định luật bảo toàn năng lượng thì: A = Q ⇔ E.It = (R_N + r)I²t

$small Rightarrow I=frac{E}{R_{N}+r}$

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

3. Hiệu suất của nguồn điện

– Công thức Hiệu suất của nguồn điện: $small H=frac{A_{CI}}{A}.frac{U_{N}.It}{EIt}=frac{U_{N}}{E}$

(A_CI = Công có ích).

– Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở R_N: $small H=frac{R_{N}}{R_{N}+r}$

IV. Bài tập vận dụng Định luật Ôm cho toàn mạch và định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng.

* Bài 1 trang 54 SGK Vật Lý 11: Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.

° Lời giải bài 1 trang 54 SGK Vật Lý 11:

– Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín đơn giản nhất gồm nguồn điện có suất điện động ξ và điện trở trong r, mạch ngoài gồm các vật dẫn có điện trở tương đương R_N

– Phát biểu định luật Ôm cho toàn mạch: 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.

– Hệ thức biểu thị định luật Ôm đối với toàn mạch: $small I=frac{xi }{R_{N}+r}$

hay ξ = I(R_N + r)

* Bài 2 trang 54 SGK Vật Lý 11: 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.

° Lời giải bài 2 trang 54 SGK Vật Lý 11:

– Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở của mạch: U_N=I.R_N

– Mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín:

– Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong. ξ = I(R_N + r).

* Bài 3 trang 54 SGK Vật Lý 11: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra các tác hại gì? Có cách nào để tránh được hiện tượng này?

° Lời giải bài 3 trang 54 SGK Vật Lý 11:

◊ Hiện tượng đoản mạch xảy ta khi nối hai cực của một nguồn điện bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ . Khi đó dòng điện trong mạch có cường độ rất lớn và có hại

◊ Biện pháp phòng tránh:

– Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng;

– Tắt các thiết điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng;

– Nên lắp cầu chì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

* Bài 4 trang 54 SGK Vật Lý 11: Chọn câu trả lời đúng

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 giảm 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 đến vô cùng.

° Lời giải bài 4 trang 54 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: A. U_N tăng khi R_N tăng

– Ta có: $small U_{N}=I.R_{N}=frac{E}{R_{N}+r}.R_{N}=frac{E}{1+frac{r}{R_{N}}}$

– Như vậy, khi R_N tăng thì $small (1+frac{r}{R_{N}})$

giảm và U_N tăng.

* Bài 5 trang 54 SGK Vật Lý 11: Mắc một điện trở 14 Ω vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1Ω thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là 8,4V.

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

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

° Lời giải bài 5 trang 54 SGK Vật Lý 11:

a) Cường độ dòng điện trong mạch: $small I=frac{U_{N}}{R_{N}}=frac{8,4}{14}=0,6(A)$

– Suất điện động của nguồn điện: ξ = I.R_N + I.r = U_N + I.r = 8,4 + 0,6.1 = 9(V).

b) Công suất mạch ngoài : Ρ_mạch = U.I = 8,4.0,6 = 5,04(W).

– Công suất của nguồn điện: Ρ_nguồn = ξ.I = 9.0,6 = 5,4(W).

* Bài 6 trang 54 SGK Vật Lý 11: Điện trở trong của một Ắc quy là 0,06Ω và trên vỏ của nó có ghi 12 V. Mắc vào hai cực của Ắc quy này một bóng đèn có ghi 12V- 5W

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.

° Lời giải bài 6 trang 54 SGK Vật Lý 11:

a) Theo bài ra, bóng đèn có ghi 12V – 5W ⇒ hiệu điện thế định mức của bóng là U_đm = 12V, công suất định mức của bóng là P_đm = 5W.

⇒ Điện trở của bóng đèn là: $small R=frac{U_{dm}}{P_{dm}}=frac{12^{2}}{5}=28,8(Omega )$

– Cường độ dòng điện định mức chạy qua bóng đèn là: $small dpi{100} small I=frac{xi }{R+r}=frac{12}{28,8+0,06}= 0,4158(A)$

– Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn khi này: U = I.R = 0,4158.28,8 = 11,975(V).

– Giá trị này gần bằng hiệu điện thế định mức ghi trên bóng đèn, nên ta sẽ thấy đèn sáng gần như bình thường.

– Công suất tiêu thụ của bóng đèn khi này là: P = U.I = 11,975.0,4158 ≈ 4,98(W).

b) Hiệu suất của nguồn điện là: $small H=frac{U}{E}$

.100% $small =frac{11,975}{12}$ .100% = 99,8%.

* Bài 7 trang 54 SGK Vật Lý 11: Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 2Ω . Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6Ω vào hai cực của nguồn điện này.

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

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

° Lời giải bài 7 trang 54 SGK Vật Lý 11:

a) Điện trở tương đương của hai bóng đèn: $small R_{N}=frac{R_{d1}.R_{d2}}{R_{d1}+R_{d2}}=frac{6.6}{6+6}=frac{36}{12}=3(Omega )$

– Cường độ dòng điện trong mạch: $small I=frac{E}{R_{N}+r}=frac{3}{3+2}=frac{3}{5}=0,6(A)$

– Vì hai đèn giống nhau mắc song song nên cường độ dòng điện qua mỗi đèn là: I_đ1 = I_đ2 = I/2 = 0,3(A).

– Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn: P_đ1 = P_đ2 = R_đ1.I²_đ1 = 6. 0,3² = 0,54W

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn (giả sử tháo bỏ đèn 2):

– Cường độ dòng điện trong mạch:

$small I'=frac{E}{R_{d1}+r}=frac{3}{6+2}=frac{3}{8}=0,375(A)=I'_{d1}$

– Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1: P_đ1 = R_đ1.I’²_đ1 = 6.0,375² ≈ 0,84(W).

⇒ Đèn còn lại sẽ sáng hơn lúc trước.

Hy vọng với bài viết về Định luật Ôm (Ohm) cho toàn mạch và Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và bài tập ở trên hữu 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