KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Trong thí nghiệm minh hoạ cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện ở trang 88, khi bạn nối bóng đèn với pin thì dòng điện qua đèn làm cho đèn phát sáng (Hình 2.1). Kết quả thí nghiệm cho thấy: cường độ dòng điện qua đèn càng lớn thì đèn cảng sáng. Nhưng điều gì quyết định độ lớn của cường độ dòng diện?

Lời giải:

• Độ lớn của cường độ dòng điện được quyết định bởi hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn, điện trở của vật dẫn

I. ĐIỆN TRỞ

1. Khái niệm về điện trở

Câu hỏi 1: Tính cường độ dòng điện chạy qua một bóng đèn khi điện trở của nó là 15 $\Omega $ và hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 3,0 V.

Lời giải:

Sử dụng công thức tính cường độ dòng điện:

$I=\frac{U}{R}=\frac{3}{15}=0,2 A$

Câu hỏi 2:Tìm từ thích hợp cho vị trí của (?) trong định nghĩa về đơn vị đo điện trở:

1 $\Omega$ là điện trở của một dụng cụ điện, khi (?) ở hai đầu là 1 (?) thì có (?) chạy qua là 1 (?).

Lời giải:

1 $\Omega$ là điện trở của một dụng cụ điện, khi hiệu điện thế ở hai đầu là 1 volt thì có dòng điện chạy qua là 1 ampe.

Luyện tập 1: Tìm hiểu và vẽ sơ đồ mạch điện trong đèn pin (Hình 2.2).

Lời giải:

Sơ đồ mạch điện trong đèn pin (Hình 2.2).

Câu hỏi 3: Sử dụng biểu thức liên hệ (2.1) để chứng minh, ở nhiệt độ xác định, đường đặc trưng I – U là một đoạn thẳng.

Lời giải:

Theo định luật Ohm, dòng điện I chạy qua dây dẫn sẽ tỉ lệ thuận với điện áp u và nghịch biến tỉ lệ với kháng trở R. Cụ thể, ta có thể viết biểu thức liên hệ giữa U, I và R như sau:

U = IR

Biểu thức trên cho thấy rằng nếu ta plot đường đặc trưng I-U của dây dẫn này trên một đồ thị, với trục tung là I và trục hoành là U, thì đường đó sẽ là một đường thẳng.

Luyện tập 2: Vẽ phác trên cùng một đồ thị và thảo luận về hai đường đặc trưng I - U của hai vật dẫn kim loại ở nhiệt độ xác định. Hai vật dẫn có điện trở là R1 và R2 với R1 > R2

Lời giải:

• Hai vật dẫn có điện trở là R1 và R2 với R1 > R2. Do đó, đường đặc trưng I-U của vật dẫn 1 sẽ nghiêng ít hơn so với vật dẫn 2 và độ dốc của đường đặc trưng của vật dẫn 1 sẽ nhỏ hơn so với vật dẫn 2. Tức là, để đạt được một giá trị dòng điện cụ thể trên vật dẫn 1, ta cần áp dụng một điện áp lớn hơn so với vật dẫn 2.

Luyện tập 3: Vẽ phác đường đặc trưng I – U của điện trở rất nhỏ (vật dẫn điện rất tốt) và điện trở rất lớn (vật cách điện rất tốt).

Lời giải:

Đường đặc trưng I-U của điện trở rất nhỏ:

Đường đặc trưng I-U của điện trở rất lớn:

Luyện tập 4: Vẽ phác đường đặc trưng I - U của vật dẫn kim loại có điện trở 10 $\Omega$.

Lời giải:

II. NGUYÊN NHÂN CHÍNH GÂY RA ĐIỆN TRỞ TRONG KIM LOẠI

Câu hỏi 4: Nguyên nhân chính gây ra điện trở trong kim loại là gì?

Lời giải:
Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại là do sự va chạm của các electron với các ion (+) ở các nút mạng

Luyện tập 5: Sử dụng mô hình ion dương và electron tự do trong vật dẫn kim loại (Hình 2.6) hoặc mối liên hệ 1.4 ở Bài 1 để lập luận, đưa ra phán đoán về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.

Lời giải:

Khi nhiệt độ tăng lên, các electron tự do trong vật dẫn kim loại sẽ có năng lượng cao hơn và di chuyển nhanh hơn. Điều này gây ra một tương tác giữa các electron với các ion dương trong mạng lưới lattic, dẫn đến sự tăng cường của các tương tác này và làm giảm khả năng di chuyển của các electron. Do đó, điện trở của vật dẫn kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng.

Một cách cụ thể hơn, khi nhiệt độ tăng lên, các electron trong vật dẫn kim loại có khả năng gây ra các tương tác Coulomb giữa các ion dương và các electron trong mạng lưới lattic. Các tương tác Coulomb này làm giảm sự di chuyển của các electron và làm tăng điện trở của vật dẫn kim loại.

Vận dụng: Sử dụng mô hình ở Hình 2.6 giải thích mối liên hệ giữa điện trở R và chiều dài 1, tiết diện thẳng S của vật dẫn kim loại:

$R=\rho \frac{l}{S}$

Trong đó $\rho$ là điện trở suất của kim loại.

Lời giải:

Điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài vật dẫn kim loại, điện trở suất của kim loại được sử dụng làm vật dẫn và tỉ lệ nghịch với tiết diện của vật dẫn kim loại. Cụ thể:

Khi chiều dài dây dẫn tăng dẫn đến sự dịch chuyển của electron bị cản trở nhiều hơn nên điện trở tăng.

Khi tiết diện tăng, cường độ dòng điện tăng nên điện trở giảm.

Khi điện trở suất tăng ( phụ thuộc bản chất kim loại làm vật dẫn) thì mật độ hạt tải điện giảm, điện trở tăng. 

Câu hỏi 5: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của dây tóc bóng đèn sợi đốt thay đổi như thế nào?

Lời giải:

Nhiệt độ tăng thì điện trở của dây tóc bóng đèn sợi đốt càng tăng.

Câu hỏi 6: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của một điện trở nhiệt thay đổi như thế nào?

Lời giải:

Điện trở nhiệt thuận (PTC): điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Điện trở nhiệt ngược (NTC): điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.