Hỏi Đáp Là gì

Toàn mạch là gì

PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ TOÀN MẠCH

Những lưu ý trong phương pháp giải

1. Toàn mạch là mạch điện gồm một nguồn điện có suất điện động \[\xi\] và điện trở trong \[r\], hoặc gồm nhiều nguồn điện được ghép thành bộ nguồn có suất điện động \[\xi_b\] và điện trở trong \[r_b\] và mạch ngoài gồm các điện trở.

Cần phải nhận dạng loại bộ nguồn và áp dụng công thức tương ứng để tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn.

2. Mạch ngoài của toàn mạch có thể là các điện trở hoặc các vật dẫn được coi như các điện trở [ví dụ như các bóng đèn với dây tóc nóng sáng] nối liền hai cực của nguồn điện.

Cần phải nhận dạng và phân tích xem các điện trở này được mắc với nhau như thế nào [nối tiếp hay song song]. Từ đó áp dụng định luật Ôm đối với từng loại đoạn mạch tương ứng cũng như tính điện trở tương đương của mỗi đoạn mạch và của mạch ngoài.

3. Áp dụng định luật Ôm đối với toàn mạch để tính cường độ dòng điện mạch chính, suất điện động của nguồn điện hay của bộ nguồn, hiệu điện thế mạch ngoài, công và công suất của nguồn điện, điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch, ... mà đề bài yêu cầu.

4. Các công thức cần sử dụng:

\[\begin{array}{l}I = \dfrac{\xi }{{{R_N} + r}};\xi = I\left[ {{R_N} + r} \right];\\U = {\rm{I}}{{\rm{R}}_N} = \xi - {\rm{Ir}}\\{{\rm{A}}_{ng}} = \xi It;{P_{ng}} = \xi I\\A = UIt,P = UI\end{array}\]

Định luật ôm đối với toàn mạch – Lý thuyết.Định luật ôm đối với toàn mạch. I. Định luật Ôm với toàn mạch Từ thực nhiệm có thể viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế mạch ngoài UN và cường độ dòng điện chạy qua mạch kín là:

I. Định luật Ôm với toàn mạch

Từ thực nhiệm có thể viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế mạch ngoài UN và cường độ dòng điện chạy qua mạch kín là:

UN = Uo = aI = ξ – aI [9.1]

Trong đó, a là hệ số tỉ lệ dương và Uo là giá trị nhỏ nhất của hiệu điện thế mạch ngoài và nó đúng bằng suất điện động của nguồn điện.

Để tìm hiểu ý nghĩa của hệ số a trong hệ thức [9.1], ta hãy xét mạch điện kín có sơ đồ hình 9.2 Áp dụng định luật Ôm cho mạch ngoài chỉ chứa điện trở tương đương RN, ta có:

UN = UAB = IRN [9.2]

Tích của cường độ dòng điện và điện trở mạch ngoài gọi là độ giảm điện thế. Tích IR N còn được gọi là độ giảm điện thế mạch ngoài.

Từ các hệ thức 9.1 và 9.2 ta có : ξ = UN + aI = I[RN + a]

Điều này cho thấy a cũng có đơn vị của điện trở. Đối với toàn mạch, RN là điện trở tương đương của mạch ngoài, nên a chính là điện trở mạch trng của nguồn điện. Do đó: ξ = I[RN + r] = IRN + Ir [9.3]

Như vậy, suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong .

Từ hệ thức [9.3], suy ra: UN= IRN = ξ – Ir [9.4]

I = ξ/ [RN + r] [9.5]

Tổng RN + r là tổng điện trở tương đương RN của mạch ngoài và điện trở r của nguồn điện được gọi là điện trở trong toàn phần của mạch điện kín.

Hệ thức [9.5] biểu thị định luật ôm với toàn mạch và được phát biểu như sau: Cường độ dòng điện chạy qua mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ với điện trở toàn phần của mạch đó.

Quảng cáo

III. Nhận xét.

1. Hiện tượng đoản mạch

Từ hệ thức 9.5 ta thấy, cường độ dòng điện chạy trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi điện trở RN của mạch ngoài không đáng kể [ RN ], nghĩa là khi hai cực của nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ, Khi ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch lúc đó:

I = ξ/ r [9.6]

2. Định luật ôm với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Theo công thức [8.5], công của nguồn điện sản ra trong mạch điện kín khi có dòng điện không đổi có cường độ I chạy qua trong thời gian t là:

A = ξIt [9.7]

Trong thời gian đó, theo định luật Jun Len xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài và mạch trong là:

Q = [RN+ r]I2t [9.8]

Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng thì A = Q, do đó, từ các công thức [9.7] và [9.8], suy ra các hệ thức [9.4] và [9.5] biểu thị định luật ôm đối với toàn mạch đã thu được ở trên:

ξ = I[RN + r] và I = ξ / [RN + r]

Như vậy định luật ôm với toàn mạch phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

3. Hiệu suất của nguồn điện

Các hệ thức trên cho thấy công của nguồn điện bằng tổng công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài và ở mạch trong , trong đó công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài có ích, Từ đó, ta có công thức tính hiệu suất của nguồn điện là ;

H = A có ích / A = UNIt / ξ.It = UN/ ξ [100%] [9.9]

1
Nhận diện mạch điện nối tiếp. Mạch điện nối tiếp chỉ là một mạch đơn khép kín, không có mạch nhánh. Mọi điện trở hay các linh kiện khác của mạch điện đều được xếp thành một hàng.
2
Cộng toàn bộ giá trị điện trở với nhau. Trong mạch nối tiếp, điện trở toàn mạch bằng tổng mọi điện trở.[1] Cường độ dòng điện chạy qua mọi điện trở là như nhau, do đó, mỗi điện trở sẽ làm phần việc của mình đúng như những gì mà nó được kỳ vọng.
- Lấy ví dụ mạch nối tiếp có ba điện trở lần lượt là 2 Ω [ôm], 5 Ω và 7 Ω. Điện trở toàn mạch là 2 + 5 + 7 = 14 Ω.
3
Ta cũng có thể bắt đầu với cường độ dòng điện và điện áp. Nếu không biết giá trị điện trở của từng thành phần, bạn có thể dựa vào Định luật Ôm: V = IR, hay điện áp = cường độ dòng điện x điện trở. Bước đầu tiên là tìm cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch:
- Trong mạch nối tiếp, cường độ dòng điện ở mọi điểm là như nhau.[2] Nếu biết cường độ dòng điện ở bất kỳ điểm nào, bạn có thể dùng giá trị đó cho phương trình này.
- Điện áp toàn mạch bằng điện áp của nguồn [pin]. Nó khác điện áp của một thành phần trong mạch.[3]
4
Thay giá trị vào Định luật Ôm. Biến đổi V = IR để tìm điện trở: R = V / I [điện trở = điện áp / cường độ dòng điện]. Hãy thay các giá trị mà bạn tìm được vào công thức này để tìm tổng điện trở.
- Ví dụ, một mạch nối tiếp được cấp điện bởi pin 12 vôn và cường độ dòng điện đo được là 8 amp. Điện trở toàn mạch phải là RT = 12 vôn / 8 amp = 1,5 ôm.
Quảng cáo

1
Hiểu mạch điện song song. Mạch điện song song chia thành nhiều nhánh, những nhánh này sau đó lại hợp lại. Từng nhánh đều có dòng điện chạy qua.
2
Tính điện trở toàn mạch từ điện trở của từng nhánh. Bởi từng điện trở chỉ làm chậm dòng điện chạy qua một nhánh, nó chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến điện trở toàn mạch. Công thức điện trở toàn mạch RT là $1RT=1R1+1R2+1R3+...1Rn{\displaystyle {\frac {1}{R_{T}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {1}{R_{3}}}+...{\frac {1}{R_{n}}}}$
, trong đó, R1 là điện trở nhánh thứ nhất, R2 là điện trở nhánh thứ hai, và cứ thế cho đến nhánh cuối cùng Rn.
- Chẳng hạn như, xét một mạch song song có ba nhánh với điện trở mỗi nhánh lần lượt là 10 Ω, 2 Ω, and 1 Ω.
  Dùng công thức $1RT=110+12+11{\displaystyle {\frac {1}{R_{T}}}={\frac {1}{10}}+{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{1}}}$ và tìm RT:
  Quy đồng mẫu số: $1RT=110+510+1010{\displaystyle {\frac {1}{R_{T}}}={\frac {1}{10}}+{\frac {5}{10}}+{\frac {10}{10}}}$
  $1RT=1+5+1010=1610=1,6{\displaystyle {\frac {1}{R_{T}}}={\frac {1+5+10}{10}}={\frac {16}{10}}=1,6}$
  Nhân hai vế cho RT: 1 = 1,6RT
  RT = 1 / 1,6 = 0,625 Ω.
3
Thay vì làm như trên, ta có thể bắt đầu với cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch. Nếu không biết điện trở của từng bộ phận, bạn sẽ cần đến cường độ dòng điện và điện áp:
- Trong một mạch song song, điện áp của mỗi nhánh cũng bằng điện áp toàn mạch.[4] Chỉ cần biết điện áp của một nhánh, bạn đã sẵn sàng để đi tiếp. Điện áp toàn mạch cũng bằng điện áp của nguồn điện, chẳng hạn như pin.
- Trong mạch song song, cường độ dòng điện có thể khác nhau dọc theo từng nhánh. Bạn cần biết cường độ dòng điện tổng hợp, bằng không, bạn sẽ không thể tìm được điện trở toàn mạch.
4
Thay những giá trị này vào Định luật Ôm. Nếu đã biết cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch, bạn có thể tìm được điện trở toàn mạch bằng Định luật Ôm: R = V / I.
- Lấy ví dụ một mạch song song có điện áp 9 vôn và cường độ dòng điện toàn mạch là 3 amp. Điện trở toàn mạch RT = 9 vôn / 3 amp = 3 Ω.
5
Cẩn trọng với nhánh có điện trở bằng không. Nếu một nhánh trong mạch song song không có điện trở, toàn bộ dòng sẽ chạy qua nhánh đó. Điện trở toàn mạch là không ôm.
- Trong ứng dụng thực tế, điều này thường cho thấy một điện trở bị hư hoặc đã bị bỏ qua [đoản mạch] và cường độ dòng điện cao có thể sẽ làm hư hại những phần khác của mạch.[5]
Quảng cáo

1
Chia mạch của bạn thành những phần nối tiếp và song song. Mạch kết hợp là mạch có một số thành phần được mắc nối tiếp [lần lượt] và một số khác được mắc song song [trên các nhánh khác nhau]. Hãy tìm trong sơ đồ mạch điện những chỗ có thể đơn giản hóa thành khu vực chỉ mắc nối tiếp hoặc song song. Khoanh tròn từng vùng để tiện theo dõi.
- Lấy ví dụ một mạch có hai điện trở 1 Ω và 1,5 Ω được mắc nối tiếp. Sau điện trở thứ hai, mạch này chia làm hai nhánh song song, một nhánh mắc một điện trở 5 Ω và nhánh còn lại đi kèm điện trở 3 Ω.
  Ta khoanh tròn hai nhánh song song để tách biệt chúng với phần còn lại của mạch.
2
Tìm điện trở của từng phần song song. Sử dụng công thức điện trở song song $1RT=1R1+1R2+1R3+...1Rn{\displaystyle {\frac {1}{R_{T}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {1}{R_{3}}}+...{\frac {1}{R_{n}}}}$ để tìm điện trở tổng hợp của phần song song đơn lẻ của mạch.
- Mạch ví dụ có hai nhánh với điện trở R1 = 5 Ω và R2 = 3 Ω.
  $1Rss=15+13{\displaystyle {\frac {1}{R_{ss}}}={\frac {1}{5}}+{\frac {1}{3}}}$
  $1Rss=315+515=3+515=815{\displaystyle {\frac {1}{R_{ss}}}={\frac {3}{15}}+{\frac {5}{15}}={\frac {3+5}{15}}={\frac {8}{15}}}$
  $Rss=158=1,875{\displaystyle R_{ss}={\frac {15}{8}}=1,875}$ Ω
3

Đơn giản hóa sơ đồ mạch điện của bạn. Một khi đã tìm được điện trở tổng hợp của phần song song, bạn có thể gạch bỏ cả phần này trên sơ đồ. Xem nó như là một dây đơn lẻ với điện trở bằng giá trị mà bạn vừa tìm được.
- Trong ví dụ trên, bạn có thể phớt lờ hai nhánh và xem chúng như một điện trở 1,875 Ω.
4
Cộng các điện trở theo kiểu mắc nối tiếp. Một khi từng phần song song đã được thay thế bằng điện trở đơn lẻ, sơ đồ mạch điện chỉ còn là một vòng đơn: mạch nối tiếp. Điện trở toàn mạch của một mạch nối tiếp bằng tổng mọi điện trở riêng lẻ. Do đó, bạn chỉ việc cộng dồn để có được đáp án.
- Sơ đồ mạch điện đã được đơn giản hóa có các điện trở 1 Ω, 1,5 Ω và một phần có điện trở 1,875 Ω như bạn vừa tính được. Chúng đều được mắc nối tiếp, do đó $RT=1+1,5+1,875=4,375{\displaystyle R_{T}=1+1,5+1,875=4,375}$ Ω.
5
Sử dụng định luật Ôm để tìm giá trị chưa biết. Nếu không biết điện trở của một thành phần trong mạch, hãy tìm cách tính nó. Nếu đã biết điện áp V và cường độ dòng điện I đi qua thành phần đó, hãy tìm điện trở bằng các sử dụng định luật Ôm: R = V / I.

Quảng cáo

1
Học công thức tính công suất tiêu thụ. Công suất tiêu thụ là mức độ tiêu thụ năng lượng của mạch điện và là mức mà tại đó, mạch truyền tải năng lượng đến đối tượng cấp điện của nó [chẳng hạn như bóng đèn].[6] Công suất toàn mạch bằng tích của điện áp toàn mạch với cường độ dòng điện toàn mạch. Hay ở dạng phương trình, ta có: P = VI.[7]
- Nhớ rằng khi tìm điện trở toàn mạch, bạn cần biết công suất toàn mạch. Chỉ mỗi công suất tiêu thụ của một thành phần trong mạch là không đủ.
2
Dùng công suất và cường độ dòng điện để tìm điện trở. Nếu đã biết hai giá trị này, bạn có thể kết hợp hai công thức để tìm điện trở:
- P = VI [công suất = điện áp x cường độ dòng điện].
- Định luật Ôm nói rằng V = IR.
- Thay IR cho V trong công thức đầu tiên: P = [IR]I = I2R.
- Sắp xếp lại để tìm điện trở: R = P / I2.
- Trong mạch nối tiếp, cường độ dòng điện đi qua bất kỳ thành phần nào cũng bằng cường độ dòng điện toàn mạch. Điều này không đúng với mạch song song.
3
Tìm điện trở từ công suất và điện áp. Nếu chỉ biết công suất và điện áp, bạn có thể dùng cách tiếp cận tương tự để tìm điện trở. Nhớ dùng điện áp toàn mạch hay điện áp của nguồn được dùng để cấp điện cho toàn mạch:
- P = VI.
- Sắp xếp lại định luật Ôm theo I: I = V / R.
- Thay V / R cho I trong công thức tính công suất: P = V[V/R] = V2/R.
- Sắp xếp lại để tìm điện trở: R = V2/P.
- Trong mạch song song, điện áp của từng nhánh bằng điện áp toàn mạch. Điều này không đúng với mạch nối tiếp: điện áp từng thành phần không bằng điện áp toàn mạch.
Quảng cáo

Công suất được tính bằng watt [W].
Điện áp được tính bằng vôn [V].
Cường độ dòng điện được tính bằng amp [A], hay milliamp [mA]. 1 ma = $1∗10−3{\displaystyle 1*10^{-3}}$ A = 0,001 A.
Giá trị công suất P được dùng trong những công thức trên là công suất tức thời, nghĩa là công suất tại một thời điểm xác định. Nếu dùng điện xoay chiều [AC], công suất của mạch sẽ liên tục thay đổi. Thợ điện tính công suất trung bình của mạch AC bằng công thức Ptrung bình = VIcosθ, trong đó cosθ hệ số công suất của mạch.[8]

Video liên quan

Bài Viết Liên Quan

Toplist mới

Bài mới nhất

Chủ Đề