Giải Vật Lý 11 Bài 10. Ghép các nguồn điện thành bộ

§10. GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
Đoạn mạch chứa nguồn điện: (Hình 10.1)
Từ định luật Ôm cho toàn mạch, ta có:
Uab = Uam + Umb = (‘ẵ’— ri) + (—IR) = cễ— (R + r)I
^,r
Hỉnh 10.1
Hệ thức liện hệ giữa hiệu điện thế Uab, cường độ dòng điện I và các điện trở là: J = g-UAB = g-UAB r + R RAB
Trong đó: Rab là điện trở tổng cộng trên đoạn AB Dòng điện theo chiều từ B -> A.
II. Ghép các nguồn điện thành bộ
Bộ nguồn nối tiếp
r2),...^, rn) được
Xét bộ nguồn gồm các nguồn điện (^1, Ti), (<%, ghép nốì tiếp với nhau như hình vẽ (10.2)
2>l>rl ^2>r2
B
-0
Hình 10.3
Hỉnh 10.4
Hình 10.2
Suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện
động của các nguồn có trong bộ là: ‘ẵb =	+ ^2 + ••• +
Nếu bộ nguồn có n nguồn giống nhau (<?, r), ghép nối tiếp thì suất điện động và điện trở trong của bộ là: “ễb = n‘ẵ’ và rb = nr.
Bộ nguồn song song (Hình 10.3)
Xét bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau ghép song song như hình vẽ 10.3
- Suất điện động của bộ: 'ẵb = 'ẵ?
Điện trở trong của bộ: rb = —
n
Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng: (Hình 10.4)
Suất điện động của bộ:
■ẵb = m.^
- Điện trở trong của bộ:
mr
rb = _
n
Trong đó: n là số dãy ghép song song, m là số’ nguồn nối tiếp trong nột dãy.
T ^r R
Hình 10.5
B. CÂU HỎI VẬN DỤNG
Cl. Hãy viết công thức liên hệ giữa suất điện động E với cường độ dòng điện I và các điện trở r, R, R1 của mạch điện kín cho trên hình 10.5.
Hướng dẫn
Công thức: I = ———	
R + Rr + r
Hình 10.6
C2. Hãy viết công thức liên hệ giữa hiệu điện thế ƯAb, cường độ dòng điện I và R1 đối với đoạn mạch hình 10.6.
Hướng dẫn
Công thức: Uab = IR
C3. Hãy viết công thức tính Uab đối với đoạn mạch hình 10.7 và tính hiệu điện thế này khi cho biết ‘g’ = 6V; I = 0,5A; r = 0,3Q và R = 5,7Q.
Hướng dẫn
Công thức:	ƯBA= ? - I(R + r)	Ạ I Ị R , B
Thay số, ta có: Uba = 6 - 0,5(5,7 + 0,3) = 3V. ’	l~1“l *
c. CÂU HỎI - BÀI TẬP	Hình 10.7
1. Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?
Hướng dẫn
Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều đi ra từ cực dương của nguồn điện.
Hãy trình bày các môì quan hệ trong đoạn mạch có chứa nguồn điện.
Hướng dẫn	A I ^’r R
Trong đoạn mạch có chứa nguồn điện (hình
Hình 10.8
10.8), mối quan hệ giữa các đại lượng được biểu diễn bằng công thức: UAb = ‘ẵ’ - I(R + r).
Trình bày các cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn nôì tiếp, và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường hợp hãy viết công thức tính suất điện động của bộ nguồn và điện trở trong của nó.
Hướng dẫn
- Cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn	<£^2 ■g’n5rn
nối tiếp: Gọi I là cường độ dòng điện chạy trong	A „	,	1111	11	• g
đoạn mạch AB (từ B đến A), U1, u2,..., Un là hiệu 1
điện thế giữa hai cực của mỗi nguồn (hình 10.9).	Hỉnh 10.9
Ta có: Uab = Ui + u2 +... + un
Theo định luật Ôm: U1 = Ể?! - rj, u2 =	- r2I = ...=	- rnI
Từ đó: UaB = (^1 + ^2 + ••• +^n) ~ (rl + r2 + •••+ rn)I X.1) Ta lại có: Uab =	- rbI	(2)
Từ (1) và (2), suy ra:
"gỉ, =	+ ^2 + ••• + ^n
rb = ri + r2 + ... + rn.
- Cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn mắc song song (hình 10.10): Ta có: ư = U1 + u2 = ... = Un;
Hỉnh 10.10
I = 11 + I2 + ... + In.
Theo định luật Ôm:
u = ‘g’- rli, u = E - rT2, ..., u = ‘g’- rln
‘g’-U T -g-u	_ g’-U
=> 11 = —	, Ỉ2 = —-—>- In = —-—
Một acquy có suất điện động và điện trở trong là E = 6V, r = 0,6Q. Sử dụng acquy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6V - 3W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của acquy khi đó.
Hướng dẫn
u2 62
Điện trở của bóng đèn: Ro = —— = -7- = 12Q.
Cường độ dòng điện qua mạch: I =
g’	6
Ro + r ~ 12 + 0,6
= 0.467A
^I.ri
Hình 10.11
ố. Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là ‘g’l = 4,5V, ri = 3Q; g”2 = 3V, r2 = 2Q. Mắc hai nguồn điện thành mạch điện kín như sơ đồ hình 10.11. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế Uab-
Hướng dẫn
Cường độ dòng điện chạy trong mạch:
I =	/^±3 11 5 A.
r-L + r2 3 + 2
Hiệu điện thế Uab = ‘gì - Iri = 4,5 - 1,5.3 = 0
Hình 10.12
Trong mạch điện có cùng sơ đồ như hình 10.12, hai pin có cùng suất điện động = 1,5V và điện trở trong 1Q. Hai bóng đèn giông nhau cùng có số ghi trên đèn là 3V - 0,75W. Cho rằng điện trở của các đèn không thay đổi theo nhiệt độ.
Các đèn có sáng bình thường không? Vì sao?
Tính hiệu suất của bộ nguồn.
Nếu hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.
Hướng dẫn
a) Điện trở của mối bóng đèn: Ro =
Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại sáng mạnh hay yếu hơn so với trước đó? Tại sao?
= 12Q.
32
0,75
Do hai bóng đèn mắc song song nên điện trở của chúng tương đương của v.	12
mạch ngoài: Rn —- = 6Q.
'	2
Cường độ dòng điện qua nguồn:
^4“ = °’375A-
6 + 2.1
Cường độ dòng điện qua mỗi bóng đèn:
li = I2 = ị = 0.1875A
2
" I =	2<g~
~ RN + 2r
Cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng đèn:
p
Iđm = ỵy = 0,25A.
Các bóng đèn sáng yếu hơn bình thường vì 11 =J Ỉ2 = 0,1875A < Iđm- b) Hiệu suất của bộ nguồn:
H =	= U	=	=	.100% = 75%
A Tí' I(Rn + r) RN + r 6 + 2
d) Nếu tháo bớt một đèn thì cường độ dòng điện qua đèn còn lại bằng:
Ta thấy: I'
11
2-g
Ro + 2r = 0,214A = 0,1785A
= 0,214A.
12 + 2.1
I' > 11 => đèn còn lại sẽ sáng hơn so với trước đó.