KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Nếu gắn mỗi đầu của một vật dẫn vào một bản của tụ điện đã tích điện thì chỉ có dòng điện chạy qua vật dẫn trong một khoảng thời gian rất ngắn. Nhưng nếu gắn mỗi đầu của cùng một vật dẫn đó vào một cực của pin hoặc acquy thì dòng điện được duy trì lâu hơn nhiều.

Vì sao lại như vậy? Làm thế nào để duy trì được dòng điện tích dịch chuyển có hướng qua một vật dẫn?

Lời giải:

• Để duy trì được dòng điện tích dịch chuyển có hướng qua một vật dẫn chúng ta cần duy trì giữa hai đầu của nó một hiệu điện thế.

I. NGUỒN ĐIỆN

1. Suất điện động cả nguồn điện

Câu hỏi 1: Một đèn mắc nối tiếp với một pin như Hình 3.3.

Lời giải:

• Khi đóng khoá K, năng lượng từ pin được chuyển hoá một phần sang cho đèn làm cho đèn phát sáng.

Câu hỏi 2: Từ biểu thức 3.1, chứng minh suất điện động có cùng đơn vị với hiệu điện thế.

Lời giải:

• Từ biểu thức 3.1 ta thấy $A=qE$ nên suất điện động có đơn vị giống với đơn vị của hiệu điện thế.

2. So sánh suất điện động và hiệu điện thế

Luyện tập 1:Nêu điểm giống và khác nhau giữa suất điện động của nguồn điện và hiệu điện thế giữa hai điểm trong mạch điện.

Lời giải:

Giống nhau: đều là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công.

Khác nhau:

• Suất điện động đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện.
• Hiệu điện thế đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường tạo ra bởi nguồn điện.

3. Điện trở trong và hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

Câu hỏi 3: Nối mỗi cực của một pin với mỗi cực của một vôn kế có điện trở rất lớn. Số chỉ của vôn kế có ý nghĩa gì?

Lời giải:
Số chỉ của vôn kế cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu của pin.

Câu hỏi 4: Mô tả ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn. 

Lời giải:
Điện trở trong càng lớn thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn càng nhỏ và ngược lại.

Câu hỏi 5: Trong trường hợp nào, hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nó?

Lời giải:
Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nó khi điện trở trong bằng 0 hoặc rất rất nhỏ.

2. Công suất điện

Luyện tập 2: Cho mạch điện như Hình 3.6

Khi mạch hở, vôn kế chỉ 13,0 V. Khi mạch kín, vôn kế chỉ 12,0 V và cường độ dòng điện qua đèn là 3,0 A.

Biết vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm suất điện động và điện trở trong của pin

Nêu sự biến đổi năng lượng xảy ra trong pin và trong đèn khi đóng khoá K.

Lời giải:

Gọi suất điện động và điện trở trong của pin lần lượt là E và r.

Vôn kế có điện trở rất lớn nên coi như dòng điện đi qua vôn kế rất nhỏ

Khi mạch hở: $U_{V1}=E=13 V$

Khi mạch kín: $U_{V2}=I_{2}R_{d}=3.R_{d} =12 \Rightarrow  R_{d}=4\Omega $

$E=I_{2}(R_{d}+r)\Rightarrow r=\frac{E}{I_{2}}-R_{d}\Rightarrow \frac{13}{3}-4=\frac{1}{3}$

3. Công và công suất của nguồn điện

Câu hỏi 6 : Trong trường hợp đoạn mạch chỉ có điện trở R, phần năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ biến đổi hoàn toàn thành năng lượng nhiệt. Suy luận biểu thức tính công suất toả nhiệt trên điện trở khi có dòng điện với cường độ I chạy qua.

Lời giải:

Nhiệt năng sinh ra trong khoảng thời gian t là: $Q=I^{2}Rt$

Năng lượng điện tiêu thụ được chuyển hoá thành nhiệt năng: $A=Pt$

Do năng lượng điện tiêu thụ được chuyển hoá hoàn toàn thành nhiệt nên: $Q=A\Rightarrow I^{2}Rt=Pt$

Công suất tỏa nhiệt:$P_{hp}=I^{2}R$

Luyện tập 3: Tính công suất điện hao phí dưới dạng nhiệt trên một dây cáp dài 15 km dẫn dòng điện có cường độ 100 A. Biết điện trở trên một đơn vị chiều dài của dây cáp này là 0,20 /km.

Lời giải:
Công suất hao phí trên toàn bộ dây cáp: $P_{hp}=I^{2}R=100^{2}. 0,2.15= 30 000J$

Luyện tập 4: Giải thích tại sao khi điện thoại sắp hết pin, bạn nên giảm độ sáng của màn hình.

Lời giải:
Vì màn hình là một trong những thứ ngốn điện nhiều nhất nên khi điện thoại sắp hết pin chúng ta cần giảm độ sáng của màn hình để tiết kiệm năng lượng điện còn lại trong pin.

III. ĐO SẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA PIN

1. Phương án 1 

Câu hỏi 7: Vì sao có thể xác định điện trở trong bằng biểu thức: $r=\frac{\Delta U}{\Delta I}$

Lời giải:

Điều chỉnh biến trở để thu được cặp giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện khác nhau là (U1; I1) và (U2; I2). Sau đó ta có thể sử dụng hệ phương trình sau:

$\left\{\begin{matrix}U_{1}=E-I_{1r} &  & \\  U_{2}=E-I_{2r}&  & \end{matrix}\right.$

$\Rightarrow r=\frac{U_{1}-U_{2}}{I_{2}-I_{1}}$

Luyện tập 5: Một acquy ô tô 12 V cung cấp dòng điện có cường độ 5 A trong thời gian 2,0 giờ. Năng lượng mà acquy cung cấp trong thời gian này là bao nhiêu jun?

Lời giải:
Năng lượng mà acquy cung cấp: A = U.I.t = 12.5.2.3600 = 432 000 J

Luyện tập 6: Cho mạch điện như Hình 3.8. Con chạy ở vị trí C, chia điện trở R thành R = RAC + RCB.

Tìm biểu thức liên hệ giữa số chỉ của vôn kế,$\varepsilon$,  RAC và RCB   

Lời giải:

Cường độ dòng điện qua mạch chính: $I=\frac{\varepsilon }{R_{AC}+R_{CB}+r}$I=ERAC+RCB+r">

Số chỉ của vôn kế đo hiệu điện thế hai đầu AC: $U_{V}=U_{AC}=I.R_{AC}=\frac{\varepsilon }{R_{AC}+R_{CB}+r}.R_{AC}$

Vận dụng: Cho các dụng cụ:

• 02 đồng hồ đo điện đa năng
• 02 pin 1,5 V
• 01 điện trở 10 $\Omega $
• 01 biến trở 100 $\Omega $
• Dây nối; công tắc; bảng để lắp mạch điện.

Thảo luận để lựa chọn phương án và thực hiện phương án, đo suất điện động và điện trở trong của pin

Lời giải:

Bước 1: Chuẩn bị mạch

• Sử dụng bảng để lắp mạch điện, kết nối mạch như hình vẽ bên dưới:

• Đặt pin vào mạch như hình vẽ bên trái (điện trở biểu diễn cho nội trở của pin).

• Sử dụng 01 biến trở 100 $\Omega$ để hiệu chỉnh dòng điện cho mạch đo.

• Sử dụng 01 điện trở 10 $\Omega$ để đo điện áp qua pin.

• Sử dụng 02 đồng hồ đo điện đa năng để đo dòng điện và điện áp trong mạch.

Bước 2: Thực hiện đo

• Sử dụng 01 biến trở 100 $\Omega$ để hiệu chỉnh dòng điện cho mạch đo.

• Sử dụng 01 điện trở 10 $\Omega$ để đo điện áp qua pin.

• Bật công tắc và đợi cho đồng hồ đo dòng điện và điện áp trong mạch ổn định.

• Ghi lại giá trị đo được từ đồng hồ đo dòng điện và điện áp, sau đó tính toán suất điện động và điện trở của pin bằng công thức:

• Suất điện động (EMF) của pin được tính bằng công thức: EMF = điện áp đo được trên pin.

• Điện trở nội của pin được tính bằng công thức: $r = \frac{\Delta V}{\Delta I}$, trong đó $\Delta V$ là điện áp đo được trên điện trở 10 $\Omega$, và $\Delta I$ là dòng điện đo được trong mạch.

Lưu ý: Để đảm bảo tính chính xác của kết quả đo được, cần kiểm tra đồng hồ đo điện đa năng trước khi sử dụng và thực hiện đo ở điều kiện môi trường bình thường.

II. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN

1. Năng lượng điện

Tìm hiểu thêm: Bạn hãy tìm hiểu thêm tại sao cá chình không bị chết vì dòng điện mà nó phóng ra và đi qua chính nó.

Lời giải:

Cá chình thường không bị chính dòng điện trong cơ thể mình giết chết bởi 3 nguyên nhân sau:

- Thứ nhất là cấu tạo cơ thể hợp lí: Với thân hình thon và kéo dài khiến cho khả năng dòng điện đi qua và gây hại cho các bộ phận trọng yếu là rất nhỏ. Dòng điện gần như phóng thẳng ra môi trường chứ không truyền trong cơ thể quá lâu.

- Thứ hai là dòng điện không đủ lâu để giết cá chình: Kích thước cơ thể tỉ lệ thuận với điện áp cao nhất một con có thể tạo ra. Cá càng to, cường độ điện phóng ra càng mạnh. Các nhà khoa học cho rằng cá chình điện có khả năng điều chỉnh điện áp tối đa khó có thể giết chính nó trong khoảng thời gian ngắn mà dòng điện tồn tại, cộng thêm khả năng tạo ra điện và phóng điện vô cùng nhanh nên cá chình mới có thể an toàn như vậy.

- Cuối cùng là khả năng đặc biệt nhất là uốn mình theo những hướng nhất định. Bằng cách này cá chình tránh được dòng điện đi qua tim. Với mỗi tình huống khác nhau, cá chình điện lại có 1 cách riêng để tự vệ.