SGK Vật Lí 11 - Bài 10. Ghép các nguồn điện thành bộ

10 Ghép các nguón điện thành bộ
Khi giái các bài tập về bộ nguồn điện, ta thường gặp các đoạn mạch chứa nguồn điện. Vì vậy, trước khi học về bộ nguồn điện, ta hãy tìm hiếu mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong đoạn mạch chứa nguồn điện.
I - ĐOẠN MẠCH CHỨA NGUỒN ĐIỆN (NGUỔN PHÁT ĐIỆN)
Đoạn mạch A$rRB chứa nguồn điện là một phần của mạch điện kín đơn giản (Hình 10.1) đã học ở bài 9. ở bài đó, ta đã có hệ thức liên hệ giữa suất điện động với cường độ .dòng điện I và các điện trở r, R, R} đối với mạch điện kín này. En
Có thể hình dung mạch điện kín này gồm hai đoạn mách như Hình 10.2a,b.
Đối với đoạn mạch Hình 10.2b chỉ chứa điện trở, định luật Ôm đã học ở THCS cho ta hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế ƠAB, cường độ dòng điện I và điện trở RJ. EF1
Đối với đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát) dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi tới cực âm (Hình 10.2a). Tương tự hệ thức (9.4) ở bài trước, ta có hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế ƠAB, cường độ dòng điện I và các điện trở r, R :
ơAB = gr-/(,- +7?)	(10.1)
hay	(10'2)
z + R	TíAB
trong đó 7?AB = r + R là điện trở tổng cộng của đoạn mạch này. Các hệ thức (10.1) và (10.2) biểu thị các mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện đối với đoạn mạch có chứa nguồn phát.
Hu Hãy viết hệ thức liên hệ giữa suất điện động $ với cường độ dòng điện I và các điện trở-r, R,
của mạch điện kín.
a)
A I +|-	Re
‘ễ.r
b)
A 7 Ri	e
Hình 10.2
EF Hãy viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế ƯAB, cường độ dòng điện I và điện trở R1 đối với đoạn mạch Hình 10.2b.
Cần lưu ý chiềụ tính hiệu điện thế t/AB là từ A tới B : Nếu đi theo chiều này mà gặp cực dương của nguồn điện trước thì suất điện động Ỹ được lấy với giá trị dương, dòng điện có chiều từ B tới A ngược với chiều tính hiệu điện thế thì tổng độ giảm điện thếIịr + R) được lấy với giá trị âm.
Hãy viết hệ thức tính ƯBA đối với đoạn mạch Hình 10.2a và tính hiệu điện thế này khi cho biếtỹ= 6 V ;/= 0,5 A, r= 0,3Q và R = 5,7 Q.
- GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ
Có thể ghép các nguồn điện thành bộ (bộ nguồn điện) theo một trong các cách dưới đây.
Bộ nguồn nối tiếp
^1.0	^2,r2 ^n>rn
a).—31
b)
‘g-lơl	rn
Hình 10.3
Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện (ỹp rx), (%2,r2),..., (ỹn, rn) được ghép nối tiếp với nhau, trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp như sơ đồ Hình 10.3a hoặc 10.3b. Như vậy, đầu A là cực dương và đầu B là cực âm của bộ nguồn.
Vì hiệu điện thế giữa hai cực A, B của bộ nguồn khi mạch hở có trị số bằng suất điện động của nó và áp dụng mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện đối với đoạn mạch chứa các nguồn điện, ta thu được cồng thức tính suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp như sau :
Ta có Í/AB = t/AM + ƠMN + ... + £/qB, do đó :
Suất diện động của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tông các suất điện động của các nguồn có trong bộ.
Điện trở trong rb của bộ nguồn điện ghép nôi tiếp bằng tổng các điện trỏ trong của các nguồn có trong bộ.
rb = rl + r2 + ~+rn ■'	(10.4)
Trong trường hợp riêng, nếu n nguồn điện có cùng suất điện động % và điện trở trong r được ghép nối tiếp thì bộ nguồn này có suất điện động và điện trở trong là :
ỹb = «^ và rb = «r	(10.5)
Bộ nguồn song song
Bộ nguồn song song là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau, trong đó nối cực dương của các nguồn vào cùng một điểm A và nối cực âm của các nguồn vào cùng điểm B như sơ đồ Hình 10.4. Điện thế của điểm A lớn hơn điện thế của điểm B nên A là cực dương và B là cực âm của bộ nguồn.
Khi mạch ngoài hở, hiệu điện thế uAB bằng suất điện động của mỗi nguồn và bằng suất điện động của bộ nguồn, còn điện trở trong của bộ nguồn là điện trở tương đương của n điện trở r mắc song song. Do đó :
^b =	; rb - n	(10.6)
Bộ nguồn hỗn hợp đổi xứng
Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng là bộ nguồn gồm n dãy ghép song song với nhau, mỗi dãy gồm m nguồn điện giống nhau ghép nối tiếp như sơ đồ Hình 10.5. Từ công thức (10.5) và (10.6), ta có công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn ghép hỗn hợp đối xứng các nguồn giống nhau có cùng suất điện động % và điện trở trong /- là :
<ễ,r
<ễ,r
Hình 10.4
Hình 10.5
(10.7)
Đôi với đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát), dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi tới cực âm. Hiệu điện thê ƯAB giữa hai đầu AvàB của đoạn mạch, trong đó đầu A nối với Cực dương của nguồn điện : ƯAB =	- I(r + R).
Suất điện động của bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn điện có trong bộ :
®b=	$2+...+ <ín
I Điện trở trong rb của bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong'bộ:
'■b = ri+r2 + - + rn
Ghép song song n nguồn điện có cùng suất điện động	và điện trở trong r tạo thành
bộ nguồn song song có suất điện động ỹb = ỹ và điện trở trong rh = — •
•	•	D	D ["Ị
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiéu nhu thế nào ?
Trình bày các mối quan hệ đối với đoạn mạch chứa nguồn điện.
Măc hai nguỗn điện thành mạch điện kín như so đồ Hình 10.6. Tính cường độ dòng điện
6.
Trình bày cách ghép các nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường họp, hãy viết công thúc tính suất điện động của bộ nguồn và điện trở trong của nó.
4. Một acquy có suất điện động và điện trở trong là F = 6 V và r= 0,6 Q. Sử dụng acquy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6 V - 3 w. Tính cuờng độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của acquy khi đó.
chạy trong mạch và hiệi
Trong mạch điện có so pin có cùng suất điện động ĩ = 1,5 V và điện trở trong r = 1 fì.
Hai bóng đèn giống nhau cùng có số ghi trên đèn là 3 V - 0,75 w. Cho rằng điện trở của các đèn không thay đổi theo nhiệt độ.
J điện thé ƯAB. đổ nhu Hình 10.7, hai
Hình 10.7
Các đèn có sáng bình thuờng không ? Vi sao ?
Tính hiệu suất của bộ nguồn.
5. Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lẳn luọt là = 4,5 V ; ^ = 3 Q;
^2 = 3 V; r2 = 2 Q.
Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.
Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu ?
Hình 10.6