Lý thuyết và bài tập dòng điện không đổi ( chi tiết, đầy đủ)

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

I. DÒNG ĐIỆN

+ Dòng điện là dòng các điện tích (các hạt tải điện) di chuyển có hướng .Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương.

+ Dòng điện có:

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

* tác dụng từ (đặc trưng)                                                      

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

Δq: điện lượng di chuyển qua các tiết diện thẳng của vật dẫn

Δt: thời gian di chuyển.(Δt\(\rightarrow\)0: I là cường độ tức thời)

Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian được gọi là dòng điện không đổi (cũng gọi là dòng điệp một chiều).Cường độ của dòng điện này có thể tính bởi: \(I=\frac{q}{t}\)

trong đó q là điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong thời gian t.

Ghi chú:

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

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.

II. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VƠI 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. \(I=\frac{U}{R}\)  (A)                                       

Nếu có R và I, có thể tính hiệu điện thế như sau :

  U_AB = V_A - V_B = 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 các trục: R có giá trị không phụ thuộc U. (vật dẫn tuân theo định luật ôm).

Ghi chú :

a) Điện trở mắc nối tiếp:

điện trở tương đương được tính bởi: 

R_m = R_l + R₂+ R₃+ … + R_n     

 I_m = I_l = I₂ = I₃ =… = I_n

U_m = U_l + U₂+ U₃+… + U_n

b) Điện trở mắc song song:

điện trở tương đương được anh bởi:

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

I_m = I_l + I₂ + … + I_n

U_m = U_l = U₂ = U₃ = … = U_n

c) Điện trở của dây đồng chất tiết diện đều: \(R=\rho \frac{l}{S}\)

r: điện trở suất (\(\Omega\)m); l: chiều dài dây dẫn (m); S: tiết diện dây dẫn (m²)

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

trong đó: A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích từ cực này sang cực kia. của nguồn điện.

               |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.ĐIỆN NĂNG VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN - ĐỊNH LUẬT JUN – LENXƠ

1. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA MỘT ĐOẠN MẠCH

a. Công:

Công của dòng điện là công của lực điện thực hiện khi làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch.Công này chính là điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ và được tính bởi:

                                                                     A = U.q = U.I.t    (J)                         

U : hiệu điện thế (V); I: cường độ dòng điện (A); q: điện lượng (C); t: thời gian (s)

b .Công suất

Công suất của dòng điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nó. Đây cũng chính là công suất điện tiêu thụ bởi đoạn mạch.

Ta có : \(P=\frac{A}{t}=U.I(W)\)          

c. Định luật Jun - Len-xơ:

Nếu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R, công của lực điện chỉ làm tăng nội năng của vật dẫn. Kết quả là vật dẫn nóng lên và toả nhiệt.Kết hợp với định luật ôm ta có: \(A=Q=R.I^{2}.t=\frac{U^{2}}{R}.t(J)\) 

Công suất tỏa nhiệt : \(P=\frac{Q}{t}=R.I^{2}\)

 2. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN

a. Công: Công của nguồn điện là công của lực lạ khi làm di chuyển các điện tích giữa hai cực để duy trì hiệu điện thế nguồn. Đây cũng là điện năng sản ra trong toàn mạch.

                             \(A=q\xi =\xi It(J)\) (J)

\(\xi\): suất điện động (V); I: cường độ dòng điện (A); q : điện lượng (C)

b. Công suất

\(P=\frac{A}{t}=\xi I\)         

Ghi chú : Trên các dụng cụ tiêu thụ điện có ghi hai chi số: (Ví dụ: 100W-220V)

P_đ: công suất định mức; U_đ: hiệu điện thế định mức.

V. ĐỊNH LUẬT ÔM TOÀN MẠCH

1. ĐỊNH LUẬT ÔM TOÀN MẠCH, CÁC LOẠI ĐOẠN MẠCH

Cường độ dòng điện trong mạch kín: tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện ;

tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch.

\(I=\frac{\xi }{R+r}\)                    

Ghi chú:

* Có thể viết: \(\xi =(R+r).I=U_{AB}+Ir\) . Nếu I = 0 (mạch hở) hoặc r << R thì \(\xi\) = U          

* Ngược lại nếu R = 0 thì \(I=\frac{\xi }{r}\) : dòng điện có cường độ rất lớn; nguồn điện bị đoản mạch.

* Hiệu suất của nguồn điện: \(H=\frac{A_{ich}}{A_{tp}}=\frac{P_{ich}}{P_{tp}}=\frac{U}{\xi }=1-\frac{Ir}{\xi }=\frac{R}{R+r}\)

2.MẮC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ:

a)Mắc nối tiếp:

\(\xi =\xi _{1}+\xi _{2}+...+\xi _{n}\)

\(r_{b}=r_{1}+r_{2}+...+r_{n}\)

chú ý: Nếu có n nguồn giống nhau. \(\xi _{b}=n\xi ;r_{b}=nr\)

b)Mắc song song ( các nguồn giống nhau).

\(\xi _{b}=\xi;r_{b}=\frac{r}{n}\)             

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu1. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có h­ướng.

B. C­ường độ dòng điện là đại l­ượng đặc tr­ng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện và đư­ợc đo bằng điện l­ượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

C. Chiều của dòng điện đ­ược quy ư­ớc là chiều chuyển dịch của các điện tích dư­ơng.

D. Chiều của dòng điện đư­ợc quy ­ước là chiều chuyển dịch của các điện tích âm.

Câu2.Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Dòng điện có tác dụng từ. Ví dụ: nam châm điện.

B. Dòng điện có tác dụng nhiệt. Ví dụ:  bàn là điện.

C. Dòng điện có tác dụng hoá học. Ví dụ: acquy nóng lên khi nạp điện.

D. Dòng điện có tác dụng sinh lý. Ví dụ: hiện t­ượng điện giật.

Câu3. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Trong nguồn điện dư­ới tác dụng của lực lạ các điện tích d­ương dịch chuyển từ cực d­ương sang cực âm.

B. Suất điện động của nguồn điện là đại l­ượng đặc tr­ng cho khả năng sinh công của nguồn điện và đ­ược đo bằng thư­ơng số giữa công của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dư­ơng q bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dư­ơng và độ lớn của điện tích q đó.

C. Suất điện động của nguồn điện là đại lư­ợng đặc tr­ng cho khả năng sinh công của nguồn điện và đ­ược đo bằng thư­ơng số giữa công của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích âm q bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực d­ương và độ lớn của điện tích q đó.

D. Suất điện động của nguồn điện là đại l­ượng đặc tr­ng cho khả năng sinh công của nguồn điện và đ­ược đo bằng th­ương số giữa công của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích d­ương q bên trong nguồn điện từ cực dư­ơng đến cực âm và độ lớn của điện tích q đó.

Câu4. Điện tích của êlectron là - 1,6.10^-19 (C), điện lư­ợng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 30 (s) là 15 (C). Số êlectron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian một giây là

A. 3,125.10¹⁸.                   B. 9,375.10¹⁹.                        C. 7,895.10¹⁹.                       D. 2,632.10¹⁸.

Câu5. Suất điện động của nguồn điện đặc tr­ng cho

A. khả năng tích điện cho hai cực của nó.                       B. khả năng dự trữ điện tích của nguồn điện.

C. khả năng thực hiện công của nguồn điện.                   D. khả năng tác dụng lực của nguồn điện.

Câu6. Đoạn mạch gồm điện trở R₁ = 100 (\(\Omega\)) mắc nối tiếp với điện trở R₂ = 300 (\(\Omega\)), điện trở toàn mạch là:

A. R_TM = 200 (\(\Omega\)).           B. R_TM = 300 (\(\Omega\)).                 C. R_TM = 400 (\(\Omega\)).               D. R_TM = 500 (\(\Omega\)).

Câu7.Cho đoạn mạch gồm điện trở R₁ = 100 (W), mắc nối tiếp với điện trở R₂ = 200 (W), hiệu điên thế giữa hai đầu đoạn mạch là 12 (V). Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R₁ là

A. U₁ = 1 (V).                  B. U₁ = 4 (V).                        C. U₁ = 6 (V).                       D. U₁ = 8 (V).

Câu8. Đoạn mạch gồm điện trở R₁ = 100 (\(\Omega\)) mắc song song với điện trở R₂ = 300 (\(\Omega\)), điện trở toàn mạch là:

A. R_TM = 75 (\(\Omega\)).            B. R_TM = 100 (\(\Omega\)).                 C. R_TM = 150 (\(\Omega\)).               D. R_TM = 400 (\(\Omega\)).