CHƯƠNG 1. MACH DIEN MOT CHIEU 1. Dòng điện và mạch điện một chiêu 1.1 Khái niệm dòng điện. Khi nối một vật tích điện A với một vật B chưa tích điện bằng một dây dẫn ta thấy dòng điện tích chuyển dời từ A tới B qua dây dẫn vì giữa hai đầu dây này có một hiệu điện thế, khiến cho các điện tích chuyển đời trong dây dẫn theo một hướng xác định.
'Vậy dòng điện tích chuyển dời có hướng gọi là dòng điện. * Điều kiện duy trì và tồn tại dòng điện: Để có dòng điện trong các vật dẫn là giữa hai đầu vật dẫn phải có hiệu điện thế.2 Các đặc trưng của dòng điện một chiều. Chiều dòng điện Người ta quy ước chiều dòng điện là chiều chuyền dời các điện tích đương trong dây dẫn. Tức ở ngoài nguồn điện thì chiều dòng điện đi từ cực dương tới cực âm của nguồn.
Cường đô dòng điện Cường độ dòng điện là đại lượng cho biết dòng điện đó mạnh hay yếu. Cường độ dòng điện tính bằng tỉ số giữa điện lượng chuyển qua mặt cắt thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian( một giây) Đơn vị của cường độ là ampe (A) c. Dong điện không đổi Nếu trong các khoảng thời gian bằng nhau tuỳ, các điện tích đi qua mặt cắt thẳng của vật dẫn như nhau thì dòng điện được gọi là dòng điện không đổi (1) mis Q: culông(C) +: giây (s) I: ampe (A) Với ampe là cường độ của dòng điện không đổi mà cứ 1 giây có một culông chuyển qua mặt cắt thắng của dây dẫn 1.3 Ac qui: a- Khái niệm ; Ac qui né tích lũy năng lượng dưới dạng hóa năng sau đó giải phóng năng lượng , hóa năng biến thành điện năng , vì vậy khi mới 6 chế tạo hoặc sau khi ắc qui phóng điện mà sức điện lộng (E ) giảm. đến 1,8 V / ngăn thì phải nạp điện vào ắc qui đạt tới 2,5 + 2,7V/ngăn rồi mới cho phóng điện.
b- Cấu tạo ; Gồm I bình điện phân chứa dung dịch axít sunphuarich H;SO; trong đó có các cực điện âm và các cực điện dương lắp xen kế nhau làm bằng bản chì 2 bên có khung xương hình ô vuông nhỏ phủ kín bản cực chỉ ôxýt và nắp chung thành bộ trong bình ắc qui ,bản cực âm thường nhiều hơn bản cực dương 1 bản cực. - Phân loại ắc qui có 2 loại: + Ắc qui a xít ( ắc qui chì) + Ác qui kiềm (ắc qui sắt kiềm) e. Nguyên lý làm việc của ắc qui: + Quá trình nạp điện: Khi đặt các cực điện vào trong bình điện phân thì axít H;SO; tác dụng với cực điện và ở trên cực điện xuất hiện chì sun phát PbSO; lúc này ắc qui chưa phát điện. Khi cho dòng † 1 chiều chạy qua ắc qui bằng cách nói các cực cùng tên của ắc qui vào máy phát điện một chiều lúc này ion dương Hˆ” trong dung.
dịch chạy sang cực âm và ion âm SO/ ˆ chạu sang cực dương. Phản ứng ở cực dương là; PbSO, + SO, + 2H,0 = PbO, + 2H;SO,. Phản ứng ở cực âm là; PbSO¿ + Hạ =Pb + H;SO, Chú ý : Trong quá trình nạp nồng độ H;SO; tăng lên ta thấy khi nạp điện 2 cực của ác qui đã khác nhau lúc này ắc qui có tác dụng như 1 quả pin. Khi nạp điện , điện áp U của mỗi bình ắc qui tăng 2,5 — 2,7V/ngăn đồng thời khí hiđờrô H; bốc ra thành các bọt khí nỗi lên bề mặt dung dịch, lúc này ta phải ngừng nạp điện.
+ Quá trình phóng điện : Nối 2 cực của ắc qui với 1 điện trở hay phụ tải thì ắc qui phóng điện .Trong quá trình này chiều dòng điện ngược với lúc nạp ion H” chạy sang cực dương còn ion SO ˆ chạy sang cực âm. Phản ứng xây ra ở cực dương là. PbO + Hz +H,SO, = PbSO,+2H,0 Phản ứng ở cực âm là. Pb + SO, = PbSOs - Khi 2 cực điện của ắc qui giống nhau ( cân bằng ) thì không phóng điện nữa.Nếu sức điện động của ắc qui giảm gần 1,8V/ngăn thì không được phóng điện nữa , cứ tiếp tục phóng điện thì ắc qui sẽ hỏng ,loại ắc quy thường dùng nhất là ắc quy chì .2 Các định luật và đại lượng đặc trưng của dòng điện một chiều 1.
Dinh luật Ôm cho đoạn mạch ~ Nhánh có thuần điện trở: `Xết mạch thuần điện trở (hình.3), biểu thức tính dòng điện qua điện trở: =UIR __ (1-2) trong đô ính bằng Volt (V) I: Tinh bang Ampe (A) R: Tinh bang Ohm (Q) —_}— Định luật: Cường độ dong điện trong một I — đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện thế và tỷ U lệ nghịch với điện trở qua đoạn mạch đó. Wahi ~ Nhánh có sức điện động E và điện trở R; Nhánh thuần trở Xét nhánh có E, R (hình 1. U Uy Uy U Biểu thức tính điện áp ^~ ¬ et E, + +U; +U¿ +U, =R,.T- U:U=U) oO) Rod + Ey =(Ry +R) I~ (Ex E2) R & RB EB Vay: U=(ER)I-ZE (1-3) Trong biểu thức (1-3) quy ước Ẻ dấu như sau: Sức điện động E và dòng Hình I4 điện I có chiều trùng với chiều điện áp "Nhánh sức điện động và R. U sẽ lấy dấu dương, ngược chiều sẽ lấy dấu âm.
Biểu thức tính dòng điện: fe>R (1-4) Trong biểu thức (1-4) quy ước dấu như. Sức điện động E và điện áp U có Rs chiều trùng với chiều dòng điện sẽ lấy R dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm. Định luật Ôm cho toàn mạch: Cho mạch điện như hình 1.5 E gan, (A3) LR a Bb Trong đó: ko b m 1: Cường độ dòng điện trong mạch (A) a 30 [Je E: Sức điện động của nguồn điện (V) ES 2 EA : Điện trở trong của nguồn () Ti5% Rạ Điện trở day din (Q) B R¿ Điện trở phụ tải (Q) Ry+ Re: Dign trở mạch ngoai (Q) ịnh luật: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỷ lệ thuận vớ sức điện động, của nguồn điện và tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn mạch. VD: Cho mạch điện hình 1.Tính điện áp Uạp va dòng điện các nhánh I,, I›.
Lời giải Tính điện áp Uap: Unn = Ey - Ril,= 100 - 2.5 = 90 V, Dòng điện Déng dign bs: y= User Bs OR 25A. Dòng điện I, < 0, chiều thực của dòng điện 1; ngược với chiều đã vẽ trên hình. e Định luật Kirchoff1 Định luật này cho ta quan hệ giữa các dòng. điện tại một nút, được phát biểu như sau: Tổng đại số những dòng điện ở một nút bằng.
Trong đó quy ước dòng điện đi tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm.7 thì: lị + CB) + ch) =0 4 Định luật Kirchoff 2 Định luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động, dòng điện và điện trở trong một mạch vòng khép kín, được phát biểu như sau: Đi theo một mạch vòng khép kín theo một chiều tuỳ ý chọn, tổng đại số những sức điện động bằng tổng đại số các điện áp rơi (sụt áp) trên các điện trở của mạch vòng. ERI=EE q7) Quy ước dẫu: Các sức điện động, dòng điện Hình 1.9: Mạch vòng 10 có chiều trùng chiều mạch vòng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm. 'Ở mạch vòng hình 1.8: Rik, - Rok + Rals = E; - Ex+ Ey Vi du : Tinh dong điện I; va các sức điện động E;, E; trong mạch dign hinh 1.9, Áp dụng định luật Kirchoff1 tại nút A có: — -I) + b- 1s -4=6A Ap dung định luật Kirchoff 2 cho: Mạch vòng a: Ey) =Rih + Rob =14+2.10=24V Mach ving b: E;= Rạl; + Rạl; = 5.2 Các đại lượng đặc trưng. ap điện ¡ về trị số bằng tốc độ _——=—= a DingDòng = _ `) biến thiên của lượng điện tích q qua tiết vật dẫn: của ng diện nga Hinh 1.10 i=dqds Don vj: Ampe (A) Người ta qui ước chiều của dòng điện chạy Du trong vật đền ngược chiều với chiều chuyên | *®—ắE——w động của điện tử (hình 1.10) — b, Điện áp Tại mỗi điểm trong một mạch điện có Hinh 1.11 một điện thế ọ.
Hiệu điện thế giữa hai điểm + sọi là điện áp U, don vị la Von (V) Điện áp giữa hai điểm A và B hình 1.11 là: Uan= 0A = 0p (8) Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp. Điện áp giữa hai cực của nguồn điện khi hở mạch ngoài (dòng điện I = 0) được _ sọi là sức điện động E. Ký hiệu nguồn sức điện động. Công suất của nguồn sức điện động là: ` LTTTT ~]Ï "1 (1-9) Công suất của mạch ngoài là: P=UI (1-10) Đơn vị của công suất là oát (W).
4 Sức điện động E Sức điện động E là phần tử lý tưởng, có trị số bằng điện áp U đo được giữa hai cực của nguồn khi hở mạch ngoài. Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế cao (cực âm tới cực dương) (Hình 1. Chiều của điện áp quy ước từ điện thế cao đến điện thế thấp, do đó nếu chiều vẽ như hình 1.12 thì: U=E (1-11) © Nguồn dòng điện J Nguồn dòng điện J là phần tử lý tưởng có trị số bằng dòng điện R ngắn mạch giữa 2 cực của nguồn. £ Điện trởR Điện trở R đặc trưng cho một vật dẫn về mặt cản trở dòng điện chạy Hình I.
VỀ hiện tượng năng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến đổi điện năng tiêu thy thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng,. Điện cảm L Cho qua cuộn đây L (hình 1.14) một đòng điện i, thi sé sinh ra ~ + Uy — từ thông móc vòng với cuộn dây là: 1 =1 ¥ m— x Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là:. L-# NO = 8 + ii (1-12) Đơn vị của điện cảm là H (Henry) Hình 1.14 : Điện cảm Nếu dòng điện ¡ biến thiên theo thời gian t và cuộn dây cảm ứng suất điện động tự cảm e khi L = const (1-13) Điện áp rơi trên điện cảm: 12 Công suất cuộn dây nhận: =0 c_y; đi pí =uj=Hf! =L_, Nang lượng từ trường tích luỹ trong cuộn dây: 1 W, =[p,dt= [Liái pte [Ma qua vay: We Ti, 2 0-16) h. Hỗ cảm M: Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng suất hiện từ trường trong một Yu Po cuộn đây do dòng điện biến thiên = me trong cuộn dây khác tạo nên (hình — ¡ E 1.15) là hai cuộn đây có liên hệ hỗ 1 h cảm nhau.
MS Ue Tir théng méc vong qua cudn day 1 hạ z = gồm hai thành phần 1 1 2 2 i=+ Ha (1-17) trong đó: Hình 1.15: Hiện tượng hỗ cảm.