Nguồn điện SVIP

I. 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 nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Nếu vật dẫn làm bằng kim loại thì chỉ có sự dịch chuyển của các electron tự do từ cực âm, qua vật dẫn đến cực dương. Bên trong nguồn điện, dưới tác dụng của lực lạ, các hạt tải điện dương lại dịch chuyển ngược chiều điện trường từ cực âm đến cực dương. Khi đó, lực lạ thực hiện một công thắng công cản của trường tĩnh điện bên trong nguồn điện.

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công $A$ 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:

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

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

Công của nguồn điện chuyển thành năng lượng điện trong mạch kín. Do vậy, suất điện động của nguồn điện được xác định bằng năng lượng dịch chuyển một điện tích đơn vị theo vòng kín của mạch điện.

Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó. Đó cũng là giá trị của hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch điện hở.

➤ Điện trở trong của nguồn điện

Nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện. Mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động \(\xi\) và điện trở trong $r$ của nguồn.

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

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

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

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 (ngắn mạch) xảy ra khi nguồn điện được nối với mạch ngoài có điện trở không đáng kể hoặc bằng 0. Nguyên nhân cho việc chập mạch điện làm cho điện trở của mạch ngoài bằng 0, khi đó cực âm của nguồn nối trực tiếp với cực dương của nguồn mà không qua thiết bị điện.

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

2. Suất điện động \(\xi\) của nguồn điện là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng sinh sông của nguồn điện, nó được đo bằng tỉ số giữa công của lực lạ $A$ làm di chuyển lượng điện tích $q>0$ từ cực âm đến cực dương bên trong nguồn điện và điện tích $q$.

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

Trong hệ SI, suất điện động \(\xi\) có đơn vị là vôn (V).

3. Hiệu điện thế $U$ giữa hai cực của nguồn điện có suất điện động \(\xi\) và điện trở trong $r$ khi phát dòng điện cường độ $I$ chạy qua nguồn được xác định bởi:

\(U=\xi-Ir\)