Chương 1 cung cấp các kiến thức, các định luật cơ bản về mạch điện, các phương pháp biến đổi mạch điện; phương pháp tính toán các thông số trong mạch điện một chiều Mục tiêu - Trình bày được cách ghép các điện trở, cách tính toán các thông số trong mạch ghép. - Trình bày được định luật Kiếchốp 1 và 2; các bước giải mạch điện một chiều bằng phương pháp dòng điện nhánh, phương pháp điện áp 2 điểm nút, phương pháp dòng vòng, phương pháp biến đổi sao – tam giác. - Áp dụng các phương pháp vào tính toán được các thông số trong các mạch điện một chiều cụ thể. - Tự giác, nghiêm túc, cẩn thận, chính xác, khoa học; Nội dung 9 https://thuviensach.
Các định luật cơ bản về mạch điện 1. Định luật Ôm 1. Áp dụng cho 1 đoạn mạch Cường độ dòng điện đi trong 1 đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó (hình 1-1). Áp dụng cho mạch kín a.
Mạch kín có một nguồn Cường độ dòng điện đi trong mạch Rd kín có một nguồn tỷ lệ thuận với sức điện + E động của nguồn và tỷ lệ nghịch với điện _ RPT trở toàn mạch. (Hình 1 - 2) R0 E I RTM Hình 1 - 2 Trong đó: E - sức điện động của nguồn (V) RTM - Điện trở toàn mạch () R1 Trên hình 1 - 16: RTM = R0 + Rd + RPT + + b. Mạch kín có nhiều nguồn E1 E2 Cường độ dòng điện đi trong mạch - - R2 r01 r02 kín có nhiều nguồn tỷ lệ thuận với tổng đại số các sức điện động có trong mạch và tỷ Hình 1 - 3 lệ nghịch với điện trở toàn mạch.vn I= E RTm Quy ước sức điện động nào có cùng chiều với chiều dương dòng điện thì mang dấu dương, ngược chiều dương dòng điện thì mang dấu âm. Công và công suất của dòng điện 1.
Công của dòng điện (Điện năng) + Công của nguồn: Năng lượng của nguồn sản sinh ra để di chuyển các điện tích từ cực này đến cực khác trong một thời gian t nào đó gọi là công của nguồn.t Trong đó: E- Sức điện động của nguồn (V) q = It- Điện lượng dịch chuyển trong thời gian t (C) + Công tiêu thụ trên phụ tải: Năng lượng điện được truyền tới các hộ tiêu thụ và được biến đổi sang các dạng năng lượng khác.t Trong đó: U- Điện áp đặt vào phụ tải (V) + Công tổn hao trong nguồn: Là năng lượng mất mát do toả nhiệt bên trong nguồn: A0 = U0q = U0It Trong đó: U0 - Điện áp tổn hao bên trong nguồn U0 = E - U = I.R0 Đơn vị đo của công: Oát giờ (Wh) 1 Wh = 1V.vn Bội số của Wh: 1 KWh = 1000 Wh= 103 Wh 1 MWh = 1000000 Wh = 106 Wh 1. Công suất tác dụng của dòng điện + Công suất của dòng điện là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên năng lượng, nó chính bằng công trong 1 đơn vị thời gian.t + Công suất của nguồn: P = = E.t + Công suất tiêu thụ trên phụ tải: P = = U .t + Công suất tổn hao trong nguồn: P = U 0 .I t t Đơn vị đo công suất: Oát (W) 1W = 1A.1 Bội số của W là: Kilôoát (KW): 1KW = 1000 W = 103 W Mêgaoát (MW): 1MW = 1000000 W = 106 W 1. Tác dụng nhiệt của dòng điện a. Định luật Jun- LenXơ Nhiệt lượng toả ra trong 1 dây dẫn tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.t Trong đó: R- Điện trở dây dẫn ( ) I- Cường độ dòng điện (A) t- Thời gian tính bằng giây (s) 12 https://thuviensach.vn K- Đương lượng nhiệt công, nó phụ thuộc vào đơn vị đo nhiệt lượng.
Nếu đơn vị của Q đo bằng Jun thì K = 1, nếu đơn vị bằng Ca lo (Cal) thì K = 0,24 b. Ứng dụng Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, nếu dòng điện vượt quá trị số cho phép trong thời gian dài có thể làm cho nhiệt độ của dây dẫn vượt quá trị số cho phép làm hư hỏng cách điện, thậm chí làm nóng chảy dây dẫn, ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo ra cầu chì, rơle để bảo vệ mạch điện khi quá dòng. Cũng dựa trên hiện tượng này người ta sản xuất các đồ điện dân dụng như: Bàn là, bếp điện, lò sưởi điện. Định luật Kiếc Khốp a.
Khái niệm + Định luật Ôm nêu mối quan hệ giữa Dòng điện và điện áp ở mạch điện không phân nhánh. Đối với mạch điện phân nhánh thì mối quan hệ giữa chúng trở lên phức tạp hơn, mà định luật Ôm không đủ điều kiện để giải. + Để giải các bài toán trong mạch điện phân nhánh người ta dùng phương pháp dòng nhánh, dòng vòng hoặc phương pháp điện áp hai điểm nút trên cơ sở của định luật Kiếc khốp. - Mạch điện phân nhánh được cấu tạo bởi các mạch nhánh và điểm nút như hình 1 - 4.
- Mạch nhánh là một đoạn mạch chỉ có một dòng điện duy nhất chạy qua: Nhánh AB; AD; FE;. - Điểm nút là điểm nối chung của ba nhánh trở lên: Nút A và B - Tập hợp các nhánh bất kỳ I1 R3 E A I3 D tạo thành một mạch vòng khép kín I2 gọi là mạch vòng: ABCD; ABFE; R1 R2 R4 13 E1 E2 https://thuviensach. - Mạch vòng không bao bọc nhánh bên trong gọi là mắt của mạch: ABCD và ABFE Định luật Kiếc khốp nêu mối quan hệ giữa các dòng điện đi qua một điểm nút và giữa các sức điện động với điện áp trong một mạch vòng bất kỳ. Chính vì vậy ta có thể áp dụng định luật Kiếc khốp để giải mạch điện một chiều phân nhánh bất kỳ.
Định luật Kiếc khốp I Khi trong dây dẫn có dòng điện, thì các điện tích chuyển dịch liên tục, do đó dòng điện trong một nhánh có trị số không đổi ở tất cả các tiết diện của dây dẫn. Khi đó ta có thể nói dòng điện có tính liên tục. Từ tính liên tục đó ta thấy: Tổng các dòng điện đi đến điểm nút bằng tổng các dòng điện dời khỏi điểm nút. Ví dụ: Tại điểm nút A ta có: I1 = I2 + I3 hay I1 - I2 - I3 = 0 Nếu quy ước: Dòng điện đi đến điểm nút mang dấu dương thì dòng điện dời khỏi điểm nút mang dấu âm.
Khi đó ta có định luật Kiếc khốp I phát biểu như sau: Tổng đại số các dòng điện tại một điểm nút bằng không I = 0 c. Định luật Kiếc khốp II Trong mỗi mạch vòng, nếu ta xuất phát từ một điểm đi qua tất cả các phần tử của mạch (Gồm các sức điện động và điện áp đặt trên từng đoạn mạch) rồi trở về điểm xuất phát, thì ta có lại điện thế ban đầu. Như vậy, ta có thể nhận xét rằng tổng các sức điện động có trong mạch cân bằng với các điện áp đặt trên phân đoạn mạch. Đó là cơ sở của Định luật 14 https://thuviensach.vn Kiếc khốp II.
Định luật: Trong một mạch vòng bất kỳ thì tổng đại số các sức điện động bằng tổng đại số các sụt áp trên các phần tử của mạch. E = IR Để viết được phương trình định luật Kiếc khốp II, ta phải chọn chiều dương cho mạch vòng, khi đó những sức điện động nào cùng chiều với chiều dương đã chọn thì mang dấu (+), ngược lại sức điện động nào ngược chiều thì mang dấu (-). Ví dụ: ở mạch vòng ABCDA: E2 = - I3R3 + I2R2 - I3R4 ở mạch vòng ABEFA: E1 + E2 = I1R1 + I2R2 2. Phương pháp biến đổi mạch điện 2.
Mạch ghép các điện trở 2. Ghép nối tiếp a. Cách ghép Ghép nối tiếp các điện trở là cách ghép I R1 R2 R3 + sao cho chỉ có một dòng điện duy nhất đi U1 U2 U3 U qua các điện trở, hay còn gọi là cách ghép không phân nhánh. Cách tính các thông số + Điện áp đặt vào hai đầu mạch: Theo định luật Ôm ta có điện áp đặt trên các điện trở thành phần: U1 = IR1; U2 = IR2; U3 = IR3;.
Un = IRn 15 https://thuviensach.vn Trong đó: n- số điện trở ghép nối tiếp trong mạch Vậy điện áp đặt vào hai đầu mạch được xác định: U = U1 + U2 + U3 +.+ Un + Dòng điện đi trong mạch: U U U U U I 1 2 3 . Rn R1 R2 R3 Rn + Điện trở tương đương toàn mạch: Nếu thay các điện trở ghép nối tiếp bằng một điện trở sao cho nếu điện áp đặt vào mạch không thay đổi thì dòng điện đi trong mạch cũng không thay đổi. Điện trở thay thế đó được gọi là điện trở tương đương, ký hiệu: RTĐ RTĐ = R1 + R2 + R3 +.+ Rn + Công suất: - Công suất tiêu hao trên mỗi điện trở: P1 = I2R1; P2 = I2R2; P3= I2R3; .;Pn= I2Rn - Công suất toàn mạch: P = P1 + P2 + P3 +. Ghép song song các điện trở a.
Cách ghép Ghép song song các điện trở là cách ghép sao cho tất cả các điện trở đều được đặt vào cùng một điện áp, hay còn gọi là cách ghép phân nhánh như (Hình 1 - 6). Cách tính các thông số I A + I1 I2 I3 + Điện áp toàn mạch: U = U1 = U2 = U3 = .= Un = UAB U R1 R2 R3 + Dòng điện đi trong mạch: - B 16 Hình 1-6 https://thuviensach.vn - Dòng điện qua mỗi điện trở: U AB U U I1 ; I 2 AB ;.; I n AB R1 R2 Rn - Dòng điện đi trong mạch chính: I = I1 + I2 + .+ In + Điện trở tương đương của mạch: 1 1 1 1 - Dạng tổng quát: . RTD R1 R2 Rn - Trường hợp mạch có hai điện trở : R1. R2 RTĐ = R1 R2 - Nếu hai điện trở có trị số bằng nhau thì: R1 R2 R RTĐ = 2 2 2 - Trường hợp mạch có n điện trở có trị số bằng nhau: R1 R2 R RTĐ = . n n n n + Công suất: - Công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở: P1 = I2R1; P2 = I2R2; P3 = I2R3; .; Pn= I2Rn - Công suất toàn mạch: P = P1 + P2 + P3 +.
Ghép hỗn hợp Mạch ghép hỗn hợp là mạch bao gồm các điện trở vừa ghép nối tiếp vừa ghép song song.
