Nguồn điện SVIP

NGUỒN ĐIỆN

➤ Khái niệm nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì sự chênh lệch điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch kín.

Trong nguồn điện, cực có điện thế cao hơn là cực dương (+), cực có điện thế thấp hơn là cực âm (-).

➤ Suất điện động của nguồn điện

Khi hai cực của nguồn điện được nối bằng vật dẫn tạo thành mạch kín, dòng điện xuất hiện trong mạch. Trong dây dẫn kim loại, dòng điện hình thành do các electron tự do dịch chuyển từ cực âm sang cực dương. Còn bên trong nguồn điện, dưới tác dụng của lực lạ khiến các hạt mang điện dương chuyển động ngược chiều điện trường, từ cực âm về cực dương. Khi đó, lực lạ thực hiện công để thắng lại công cản của điện trường tĩnh trong nguồn.

Dòng dịch chuyển của các điện tích

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện:

\(\xi=\dfrac{A}{q}\)

Đơn vị của suất điện động là vôn, kí hiệu là V.

Giá trị suất điện động của một nguồn điện

Số vôn ghi trên nguồn điện cho biết suất điện động của nó. Đây cũng là hiệu điện thế giữa hai cực khi mạch hở.

➤ Điện trở trong của nguồn điện

Đại lượng đặc trưng cho việc cản trở sự dịch chuyển của các điện tích bên trong nguồn điện được gọi là điện trở trong của nguồn, kí hiệu là $r$.

Mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động \(\xi\) và điện trở trong $r$ của nguồn.

Điện trở trong $r$ của nguồn điện trong sơ đồ mạch điện

Để dễ hình dung, ta tưởng tượng tách điện trở trong $r$ của nguồn ra bên ngoài. Nguồn điện lúc này được xem như mắc nối tiếp với điện trở $r$.

Trong khoảng thời gian $t$ có điện lượng \(q=It\) chuyển qua mạch. Nguồn điện đã thực hiện công $A$, ta có:

\(A=q\xi=\xi It\)     (1)

Cũng trong thời gian $t$ đó, nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở ngoài $R$ và điện trở trong $r$ là:

\(Q=RI^2t+rI^2t\)     (2)

Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch phải bằng năng lượng do nguồn điện cung cấp. Từ (1) và (2) ta có:

\(\xi It=RI^2t+rI^2t\)

hay \(\xi=IR+Ir=I\left(R+r\right)\)      (3)

Gọi tích số của cường độ dòng điện với điện trở của đoạn mạch là độ giảm thế trên đoạn mạch. Theo công thức (3) thì suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Nếu gọi \(U=IR\) là hiệu điện thế mạch ngoài thì công thức (3) được viết thành:

\(U=\xi-Ir\)      (4)

Hiệu điện thế mạch ngoài cũng là hiệu điện thế giữa hai cực dương và âm của nguồn điện.

➤ Ghép nguồn điện

Nguồn điện ghép nối tiếp

Nguồn ghép nối tiếp

Suất điện động của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

\(\xi_b=\xi_1+\xi_2+...+\xi_n\)

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

\(r_b=r_1+r_2+..+r_n\)

Nguồn điện ghép song song

Nguồn ghép song song

Suất điện động của bộ nguồn được xác định theo công thức:

\(\xi_b=\xi_1=\xi_2=...=\xi_n\)

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

\(r_b=\dfrac{r}{n}\)

Nguồn điện ghép hỗn hợp đối xứng

Nguồn ghép hỗn hợp đối xứng

Suất điện động của bộ nguồn được xác định theo công thức:

\(\xi_b=m\xi\)

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

\(r_b=\dfrac{mr}{n}\)

❗ Em có biết

Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi mạch ngoài có điện trở rất nhỏ hoặc bằng 0, ví dụ như khi chập mạch, làm cực âm nối trực tiếp với cực dương mà không qua thiết bị điện. Khi đó, dòng điện trong mạch tăng đột ngột và có thể gây nguy hiểm.