Kiến thức trọng tâm chuyên đề dòng điện không đổi ( hay)

 CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Gồm ba chuyên đề.

- Chuyên đề 1: Dòng điện không đổi- Nguồn điện- Điện trở          (P. 1)

- Chuyên đề 2: Điện năng - Công suất điện.                                    (P. 6)

- Chuyên đề 3: Định luật Ôm cho toàn mạch, các loại đoạn mạch (P. 11)

CHUYÊN ĐỀ 1: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI - NGUỒN ĐIỆN - ĐIỆN TRỞ

A. Tóm tắt lý thuyết

I. DÒNG ĐIỆN

-  Dòng điện là dòng các điện tích (các hạt tải điện) di chuyển có hướng

Chiều dòng điện: là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương.

-  Dòng điện có:

* tác dụng từ (đặc trưng để nhận biết dòng điện)

* tác dụng nhiệt, tác dụng hoá học tuỳ theo môi trường.

-  Cường độ dòng điện là đại lượng cho biết độ mạnh yếu của dòng điện được tính bởi: \(I=\frac{\Delta q}{\Delta t}\)

Với \(\Delta q\): điện lượng truyền qua tiết diện thẳng của vật dẫn (C); \(\Delta t\) : thời gian (s)

* \(\Delta t\) hữu hạn: I là cường độ trung bình

* \(\Delta t\) vô cùng nhỏ: I là cường độ tức thời

- Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian.

Ta có : \(I=\frac{q}{t}\)

Ghi chú:

a) Cường độ dòng điện không đổi được đo bằng ampe kế (hay miliampe kế, . . . ) mắc nối tiếp xen vào mạch điện.

b) Với bản chất dòng điện và định nghĩa của cường độ dòng điện như trên ta suy ra:

* Cường độ dòng điện có giá trị như nhau tại mọi điểm trên mạch không phân nhánh.

* Cường độ mạch chính bằng tổng cường độ các mạch rẽ.

- Mật độ dòng điện: có độ lớn bằng cường độ dòng qua một đơn vị diện tích của tiết diện ngang dây dẫn:

\(i=\frac{I}{S}=n.q.v\)

 Trong đó: n là mật độ hạt mang điện (hạt / \(m^{3}\))

                  q là điện tích của hạt (C)

                  v là vận tốc trung bình của chuyển động có hướng (m/s)

II. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ ĐIÊN TRỞ

1) Định luật:

-  Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch có có điện trở R:

+ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch.

+ tỉ lệ nghịch với điện trở. \(I=\frac{U}{R}\)  - 2 - U I = R (A)

- Nếu có R và I, có thể tính hiệu điện thế như sau : U = VA - VB = I.R; I.R: gọi là độ giảm thế (độ sụt thế hay sụt

áp) trên điện trở.

- Công thức của định luật ôm cũng cho phép tính điện trở: \(R=\frac{U}{I}\) (\(\Omega\))

2) Đặc tuyến V - A (vôn - ampe): Đó là đồ thị biểu diễn I theo U còn gọi là đường đặc trưng vôn - ampe.

Đối với vật dẫn kim loại (hay hợp kim) ở nhiệt độ nhất định đặc tuyến V – A là đoạn đường thẳng qua gốc toạ độ: R có giá trị không phụ thuộc U (vật dẫn tuân theo định luật ôm).

Ghi chú: Các công thức phải nắm vững khi tính toán liên quan đến điện trở

a) Điện trở mắc nối tiếp: điện trở tương đương được tính bởi:                        

\(R_{m}=R_{1}+R_{2}+R_{3}+...+R_{n}\)

\(I_{m}=I_{1}=I_{2}=I_{3}=...=I_{n}\)

\(U_{m}=U_{1}+U_{2}+U_{3}+...+U_{n}\)

\(I_{m}=\frac{U_{m}}{R_{m}}\)

b) Điện trở mắc song song:điện trở tương đương được anh bởi:                                                              

\(\frac{1}{R_{m}}=\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}+...+\frac{1}{R_{n}}\)

\(I_{m}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+...+I_{n}\)

\(U_{m}=U_{1}=U_{2}=U_{3}=...=U_{n}\)

\(I_{m}=\frac{U_{m}}{R_{m}}\)

c) Điện trở của dây đồng chất tiết diện đều:

\(R=\rho \frac{l}{S}\)

\(\rho\) : điện trở suất (\(\Omega\)m); l: chiều dài dây dẫn (m); S : tiết diện dây dẫn (\(m^{2}\) )

d) Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ: \(R_{t}=R_{0}(1+\alpha t)\) với \(\alpha\) : hệ số nhiệt điện trở  

e) Điện trở vòng dây dẫn tròn

* Điện trở tỉ lệ với số đo góc ở tâm, ta có: \(\frac{R_{AB}}{\alpha }=\frac{R}{360^{0}}\) \(\rightarrow\) Điện trở vòng dây góc lớn :  \(R'_{AB}=R-R_{AB}\)

f) Mắc điện trở phụ trong các dụng cụ đo điện

* Muốn dùng Ampe kế đo cường độ dòng điện lớn, người ta mắc song song điện trở của ampe kế với một điện trở nhỏ gọi là Sơn.

Ta có : \(I=I_{g}(1+\frac{R_{g}}{R_{s}})\) và\(R_{A}=\frac{R_{g}.R_{s}}{R_{g}+R_{s}}\)

* Muốn dùng Vôn kế đo hiệu điện thế lớn, người ta mắc nối tiếp vào Vôn kế một điện trở lớn gọi là Điện trở phụ. Ta có : \(U=I_{v}R_{v}=I_{g}(R_{g}+R_{p})=U_{g}(1+\frac{R_{p}}{R_{g}})\)

III. NGUỒN ĐIỆN:

- Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế để duy trì dòng điện. Mọi nguồn điện đều có hai cực, cực dương (+) và cực âm (-).

Để đơn giản hoá ta coi bên trong nguồn điện có lực lạ làm di chuyển các hạt tải điện (êlectron; Ion) để giữ cho:

* một cực luôn thừa êlectron (cực âm).

* một cực luôn thiếu ẽlectron hoặc thừa ít êlectron hơn bên kia (cực dương).

- Khi nối hai cực của nguồn điện bằng vật dẫn kim loại thì các êlectron từ cực (-) di chuyển qua vật dẫn về cực (+). Bên trong nguồn, các êlectron do tác dụng của lực lạ di chuyển từ cực (+) sang cực (-).

Lực lạ thực hiện công (chống lại công cản của trường tĩnh điện). Công này được gọi là công của nguồn điện.

- Đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện gọi là suất điện động E được tính bởi: 

\(E=\frac{A}{\begin{vmatrix} q \end{vmatrix}}\)

Trong đó : A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích từ cực này sang cực kia của nguồn. |q| là độ lớn của điện tích di chuyển. Ngoài ra, các vật dẫn cấu tạo thành nguồn điện cũng có điện trở gọi là điện trở trong r của nguồn điện.

IV. PIN VÀ ACQUY

1. Pin điện hoá:

- Khi nhúng một thanh kim loại vào một chất điện phân thì giữa kim loại và chất điện phân hình thành một hiệu điện thế điện hoá. Khi hai kim loại nhúng vào chất điện phân thì các hiệu điện thế điện hoá của chúng khác nhau nên giữa chúng tồn tại một hiệu điện thế xác định. Đó là cơ sở để chế tạo pìn điện hoá.

- Pin điện hoá được chế tạo đầu tiên là pin Vôn-ta (Volta) gồm một thanh Zn và một thanh Cu nhúng vào dung dịch H2SO4 loãng. Chênh lệch giữa các hiệu điện thế điện hoá là suất điện động của pin: E = 1,2V.

2. Acquy

- Acquy đơn giản và cũng được chế tạo đầu tiên là acquy chì (còn gọi là acquy axit để phân biệt với acquy kiềm chế tạo ra về sau) gồm:

* cực (+) bằng PbO2

* cực (-) bằng Pb nhúng vào dung dịch H2SO4 loãng. Do tác dụng của axit, hai cực của acquy tích điện trái dấu và hoạt động như pin điện hoá có suất điện động khoảng 2V.

- Khi hoạt động các bản cực của acquy bị biến đổi và trở thành giống nhau (có lớp PbSO4 Phủ bên ngoài). Acquy không còn phát điện được. Lúc đó phải mắc acquy vào một nguồn điện để phục hồi các bản cực ban đầu (nạp điện). Do đó acquy có thể sử dụng nhiều lần.

- Mỗi acquy có thể cung cấp một điện lượng lớn nhất gọi là dung lượng và thường tính bằng đơn vị ampe-giờ (Ah): 1Ah = 3600C