NGUỒN điện ĐỊNH LUẬT OHM

- Tại các đoạn mạch chứa nguồn điện có trường lực lạ thì E*>E , do dó hạt mang điện có thể di chuyển ngược chiều tác dụng của điện trường tĩnh và dòng trong mạch được duy trì.. + Hướng d

nguồn điện.Định luật ohm tổng quát

i Mục tiêu

1 Về kiến thức

- Hiểu được khái niệm lực lạ, trường lực lạ, nguồn điện

- Nắm được đặc điểm của trường lực lạ

- Xây dựng và hiểu được định luật Ohm tổng quát dạng vi phân và tích phân

- Hiểu được khái niệm suất điện động của nguồn điện Nguyên tắc chung đối với quá trình tạo thành suất điện động của các nguồn điện

2 Về kĩ năng

- Nắm được điều kiện áp dụng, các bước khi áp dụng định luật Ohm tổng quát

- áp dụng định luật Ohm tổng quát vào giải các bài tập

3 Về giáo dục tình cảm, thái độ

- Giáo dục tính trung thực, khách quan

- Giáo dục ý thức tự học tập, thái độ học tập nghiêm túc

- Giáo dục lòng kiên trì, tinh thần ham học hỏi, say mê khoa học

ii Chuẩn bị

1 Giảng viên

- Tìm hiểu các vấn đề xung quanh nội dung bài giảng, soạn giáo án

- Chuẩn bị các dụng cụ và thiết bị cần thiết cho bài giảng

- Chuẩn bị nội dung ghi bảng:

Bài 3 nguồn điện.Định luật ohm tổng quát

I Nguồn điện Trường lực lạ

1 Xét 2 vật dẫn mang điện trái dấu:

A(+), B(-)  VA>VB

 Nếu nối A và B bằng vật dẫn M thì các hạt mang điện(+) chuyển động theo chiều điện trường( AB), hạt mang điện âm chuyển động theo chiều ngược lại

- Kết quả: Trong M có dòng điện, VA, VB Cuối cùng VA=VB , dòng điện ngừng lại

- Muốn duy trì dòng điện, phải có lực có khả năng làm cho hạt mang điện chuyển động ngược chiều tác dụng của lực điện trường Lực này về bản chất không phải là lực tĩnh điện, gọi là lực phi tĩnh điện hay lực lạ

2 Xét theo quan điểm năng lượng

Ta cũng thấy rõ là cần phải có trường lực lạ để duy trì dòng điện Thực vậy, vì

điện trường tĩnh là trường thế, công của lực điện trường làm di chuyển điện tích dọc theo đường cong kín bằng 0 Mà dòng điện chạy trong vật dẫn lại làm vật dẫn nóng lên, tức là tỏa ra năng lượng Vì vậy, cần phải có nguồn điện mà bên trong nó ngoài lực Culông còn có lực lạ, công của lực này dọc theo đường cong kín là khác 0 Nghĩa là lực này cung cấp năng lượng cho các hạt mang điện

3 Khái niệm trường lực lạ, nguồn điện

- Trường lực lạ là trường lực gây ra lực lạ Trường lực lạ không phải là trường thế

mà là trường xoáy

- Nguồn tạo ra trường lạ ấy được gọi là nguồn điện Vậy, nguồn điện là thiết bị

để tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch Đây cũng

là một nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cho mạch điện hoạt động

- Bản chất lực lạ trong các nguồn khác nhau là khác nhau Là lực hóa học ( lực tương tác phân tử ) trong pin, ắcqui Là lực điện từ trong máy phát điện

4 Véc tơ cường độ trường lực lạ ( *

E



)

- Biểu thức: * F*

E q

=





với:F *

là lực lạ do trường lực lạ tác dụng lên điện tích q

- Cường độ trường lực lạ có trị số bằng lực tác dụng lên một đơn vị điện tích dương

5 Định luật Ohm tổng quát dạng vi phân

- Khi trong mạch tồn tại trường lực lạ thì có: i= σ (E +E*) với E

là véc tơ cường độ điện trường tĩnh

- Tại các đoạn mạch chứa nguồn điện( có trường lực lạ) thì E*>E , do dó hạt mang điện có thể di chuyển ngược chiều tác dụng của điện trường tĩnh và dòng trong mạch được duy trì

II Định luật Ohm tổng quát Suất điện động của nguồn

điện

1 Chuyển định luật ôm tổng quát dạng vi phân sang dạng tích phân

- Tính toán ta được: 2 2 2

*

l

S

ρ = +

∫ ∫ ∫

2 ý nghĩa vật lý của các số hạng Suất điện động của nguồn điện

+ 2

1

Edl

∫là lưu số của véc tơ cường độ điện trường trên đoạn 1- 2, làcông làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm (1) đến điểm (2) 2

1

Edl

∫= V1-V2 + 2

1

l

d

S

ρ

∫ là điện trở toàn phần trên đoạn mạch giữa 2 điểm 1-2 ( R12 )

+2

1

*

E dl

∫ là lưu số của véc tơ cường độ trường lực lạ trên đoạn 1- 2, gọi là suất

điện động ξ12 tác dụng trên đoạn 1- 2

3 Suất điện động của nguồn điện

+ Khái niệm suất điện động của nguồn điện:

Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện, đo bằng công do nguồn điện tạo ra làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương một vòng quanh mạch kín của nguồn đó

+ Biểu thức: A

q

ξ = + Đơn vị : vôn (V)

+ Hiện tượng tạo thành suất điện động trong pin điện hóa, xét pin Đanien

* ở đây ta nói về nguồn điện không đổi, nhưng về nguyên tắc các lập luận đó

đúng cho cả các nguồn khác Vì vậy, ta chỉ nói chung là nguồn điện

4 Định luật Ohm tổng quát:

+ Biểu thức: I R12=( V1-V2) +ξ12

+ Tính tổng quát của định luật:

- Độ giảm điện thế (I R12) tổng quát hơn khái niệm hiệu điện thế

- Kết quả trùng với định luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất

Khi ξ12=0, I R12=( V1-V2)

- Với đoạn mạch không đồng chất ξ12 ≠0, mạch có vật dẫn là kim loại tiếp xúc với chất điện phân

- Kết quả trùng với định luật Ohm cho mạch kín Khi đó : V1-V2=0,

I R=ξ , R là tổng trở của mạch kín

5 áp dụng định luật Ohm tổng quát

- Điều kiện áp dụng: I có giá trị như nhau tại mọi điểm trong mạch

- Các bước khi áp dụng:

+ B1: Chọn chiều dòng điện trong mạch và chiều đường đi tùy ý

+ B2: Lấy điện thế điểm đầu trừ điện thế điểm cuối đường đi

+ B3: ξ > 0 nếu đi qua nguồn từ âm sang dương I > 0 nếu I cùng chiều

đường đi và ngược lại

- Bài tập áp dụng: SGK

2 Sinh viên

- Xem trước nội dung bài học trong các giáo trình:

+ Điện học Tác giả : Vũ Thanh Khiết

+ Điện học Tác giả : Nguyễn Phúc Thuần - Vũ Thanh Khiết

iii Thiết kế hoạt động dạy học

1 Hoạt động 1: Đặt vấn đề

Hoạt động của giảng viên và sinh viên Nội dung cần nắm được

- GV : ĐVĐ : Trong phòng học của chúng

ta ngồi đây bóng đèn điện muốn sáng, quạt

muốn quay cần phải có điện, điện đó lấy từ

đâu ? ai cũng biết là do máy phát điện tạo

ra Bóng đèn pin muốn sáng phải có điện,

điện đó lấy từ đâu ? do pin cung cấp Bóng

đèn acquy muốn sáng cũng cần có điện,

điện đó lấy từ đâu ? do acquy cung cấp

Máy phát điện, pin, acquy đều có đặc điểm

là có thể cung cấp điện, chúng được gọi

chung là nguồn điện Vậy, bản chất của

nguồn điện là gì ? Khi có mặt của nguồn

điện trong mạch thì định luật Ohm có dạng

như thế nào? Bài học : Nguồn điện, định

luật Ohm tổng quát sẽ trả lời điều đó

- SV: Nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

- Vấn đề cần nghiên cứu là:

+ Bản chất của nguồn điện là gì ? + Khi có mặt của nguồn điện trong mạch thì định luật Ohm có dạng như thế nào?

2 Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm lực lạ, trường lực lạ,nguồn điện

Hoạt động của giảng viên và sinh viên Nội dung cần nắm được

- GV : + Nêu vấn đề: Để hiểu được bản chất của

nguồn điện ta cần hiểu khái niệm về lực lạ, trường

lực lạ

+ Hướng dẫn sv đi đến khái niệm lực lạ:

Ta đã biết đặc điểm của nguồn điện là nó có hai

cực (+), (-) muốn có hai cực đó thì trong nguồn

điện cần có mặt của một lực có tác dụng bứt các

hạt mang điện ra khỏi nguyên tử trung hòa, lực đó

chống lại lực liên kết tĩnh điện giữa các hạt mang

điện trái dấu, gọi là lực phi tĩnh điện hay lực lạ

Mặt khác khi nối nguồn điện với vật dẫn M nào

đó ở bên ngoài, thì do sự chênh lệch điện thế giữa

hai cực đó các hạt mang điện sẽ chuyển động từ

1 Khái niệm lực lạ, trường lực lạ, nguồn điện

- Trong nguồn điện có mặt của một lực về bản chất không phải là lực tĩnh điện gọi là lực phi tĩnh điện hay lực lạ, lực này có tác dụng tách các điện tích trái dấu

và duy trì sự chênh lệch

điện thế ở các điểm bên trong nguồn

- Bản chất của lực lạ trong các nguồn khác nhau là khác nhau, thí dụ : Trong

cực này sang cực kia dưới tác dụng của lực điện

trường, kết quả là điện thế hai cực sẽ bằng nhau,

khi đó không còn dòng điện Muốn duy trì dòng

điện này thì trong nguồn điện cần có lực chống lại

lực điện trường, để các hạt mang điện chuyển động

thành dòng khép kín liên tục, đó là lực lạ

- GV thông báo bản chất của lực lạ trong các

nguồn khác nhau là khác nhau, thí dụ : Trong pin,

acquy lực lạ là lực hóa học ( lực tương tác phân tử),

trong máy phát điện dùng hiện tượng cảm ứng điện

từ , lực lạ là lực điện từ,

-SV: Nghe và xét thấy có sự xuất hiện của lực lạ,

Nắm được khái niệm, bản chất của lực lạ

- GV thông báo + khái niệm trường lực lạ

+ hướng dẫn sv lập luận theo quan

điểm năng lượng để thấy được sự tồn tại của trường

lực lạ:

Ta cũng thấy rõ là cần phải có trường lực lạ để duy

trì dòng điện Thực vậy, vì điện trường tĩnh là

trường thế, công của lực điện trường làm di chuyển

điện tích dọc theo đường cong kín bằng 0 Mà dòng

điện chạy trong vật dẫn lại làm vật dẫn nóng lên,

tức là tỏa ra năng lượng Vì vậy, cần phải có nguồn

điện mà bên trong nó ngoài lực Culông còn có lực

lạ, công của lực này dọc theo đường cong kín là

khác 0 Nghĩa là lực này cung cấp năng lượng cho

các hạt mang điện

-SV: Nghe và nắm được khái niệm trường lực lạ

- GV thông báo: Nguồn tạo ra trường lạ ấy được

gọi là nguồn điện, nguồn điện là thiết bị để tạo ra

và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện

trong mạch Đây cũng là một nguồn năng lượng

cung cấp năng lượng cho mạch điện hoạt động

- SV: Nghe và nắm được khái niệm nguồn điện

- GV Thông báo: Nếu trường lực lạ tác dụng lên

điện tích q một lực lạ F*

thì cũng quan niệm tương

tự như các lực tĩnh điện ta gọi :

* F*

E

q

=





là véc tơ cường độ trường lực lạ

pin, acquy lực lạ là lực hóa học ( lực tương tác phân tử), trong máy phát điện dùng hiện tượng cảm ứng

điện từ , lực lạ là lực điện từ,

- Trường lực lạ là trường lực gây ra lực lạ Trường lực lạ không phải là trường thế mà là trường xoáy

- Nguồn tạo ra trường lạ ấy

được gọi là nguồn điện, nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch Đây cũng là một nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cho mạch điện hoạt động

- Véc tơ cường độ trường lực lạ ( *

E



)

- Biểu thức: * F*

E q

=





với:F *

là lực lạ do trường lực lạ tác dụng lên điện tích q

- Cường độ trường lực lạ

có trị số bằng lực tác dụng lên một đơn vị điện tích dương

- Cường độ trường lực lạ có trị số bằng lực tác dụng

lên một đơn vị điện tích dương

- SV: Nghe và tìm hiểu khái niệm véc tơ cường độ

trường lực lạ ( *

E



)

3 Hoạt động 3: Xây dựng Định luật Ohm tổng quát dạng vi phân và dạng tích phân

Hoạt động của giảng viên và sinh viên Nội dung cần nắm được

- GV : Hướng dẫn sv viết định luật Ohm tổng

quát dạng vi phân và dạng tích phân:

+ Thông báo định luật Ohm tổng quát dạng vi

phân: Khi trong mạch tồn tại trường lực lạ thì có:

i= σ E+E

   (*)

với E

là véc tơ cường độ điện trường tĩnh

- Tại các đoạn mạch chứa nguồn điện( có trường

lực lạ) thì E*>E , do dó hạt mang điện có thể di

chuyển ngược chiều tác dụng của điện trường tĩnh

và dòng trong mạch được duy trì

- SV: Nghe và tìm hiểu, tự viết định luật Ohm

tổng quát dạng vi phân

- GV : Hướng dẫn sv thiết lập định luật Ohm tổng

quát dạng tích phân:

Ta xét một mạch kín và giả sử trên đoạn 1-2 của

mạch có tồn tại trường lực lạ (chẳng hạn có mắc

một pin), tưởng tượng một đoạn mạch nhỏ dài dl,

sao cho trên đoạn này có thể coi tiết diện ngang S

là không đổi , còn các véc tơ E

, E *

, i

là đều trong khắp tiết diện S đó Nhân vô hướng cả hai vế

của phương trình (*) với véc tơ dl

, véc tơ này hướng dọc theo chiều dài vật dẫn và cùng chiều

với véc tơ i



, có độ lớn bằng dl Ta có:

2.Định luật Ohm tổng quát dạng vi phân và dạng tích phân

Định luật Ohm tổng quát dạng vi phân

i= σ E+E

  

- Định luật Ohm tổng quát dạng tích phân:

Xét một mạch kín và giả sử trên đoạn 1-2 của mạch có tồn tại trường lực lạ (chẳng hạn có mắc một pin), tưởng tượng một đoạn mạch nhỏ dài dl, sao cho trên đoạn này có thể coi tiết diện ngang S là không đổi , còn các véc tơ E

, E*

, i

là đều trong khắp tiết diện S đó Nhân vô hướng cả hai vế của phương trình (*) với véc tơ dl

, véc tơ này hướng dọc theo chiều dài vật dẫn

và cùng chiều với véc tơ i

,

có độ lớn bằng dl Ta có:

( )

idl= σ E+E dl

  

Thay i I

S

= và σ =1 vào , lấy tích phân phương trình trên theo độ dài đoạn mạch từ

1-2 và lưu ý rằng I không đổi ta được:

*

l

∫ ∫ ∫

- SV: Nghe và tìm hiểu thiết lập định luật Ohm

tổng quát dạng tích phân

*

( )

idl= σ E+E dl

  

Thay i I

S

=

và σ =1 vào , lấy tích phân phương trình trên theo độ dài đoạn mạch từ 1-2 và lưu

ý rằng I không đổi ta được:

*

l

∫ ∫ ∫

4 Hoạt động 4 Tìm hiểu ý nghĩa vật lý của các số hạng Suất điện động của

nguồn điện.

Hoạt động của giảng viên và sinh viên Nội dung cần nắm được

- GV : Nhắc lại ý nghĩa của các số hạng

+ 2

1

Edl

∫là lưu số của véc tơ cường độ điện trường

tĩnh trên đoạn 1- 2, đó cũng là công làm dịch

chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm (1)

đến điểm (2) 2

1

Edl

∫= V1-V2

+ 2

1

l

d

S

∫ là điện trở toàn phần trên đoạn mạch giữa

2 điểm 1-2 ( R12 )

- SV: Nhớ lại kiến thức cũ để hiểu ý nghĩa của

các số hạng 2

1

Edl

∫ ; 2

1

l d S

∫

- GV thông báo: 2

1

*

E dl

∫ là lưu số của véc tơ

cường độ trường lực lạ trên đoạn 1- 2, gọi là suất

điện động ξ12 tác dụng trên đoạn 1- 2

- SV: Tiếp thu, ghi nhớ

- GV lập luận: Suất điện động ξ có trị số bằng

3 ý nghĩa vật lý của các

số hạng Suất điện động của nguồn điện

+ 2

1

Edl

∫là lưu số của véc tơ

cường độ điện trường tĩnh trên đoạn 1- 2, đó cũng là công làm dịch chuyển một

đơn vị điện tích dương từ

điểm (1) đến điểm (2)

2

1

Edl

∫= V1-V2

+ 2

1

l d S

∫ là điện trở toàn phần trên đoạn mạch giữa 2 điểm 1-2 ( R12 )

+2

1

*

E dl

∫ là lưu số của véc tơ

cường độ trường lực lạ trên

đoạn 1- 2, gọi là suất điện

công thực hiện bởi các lực lạ khi dịch chuyển một

đơn vị điện tích dương từ điểm (1) đến điểm (2)

Công thực hiện nhờ năng lượng cung cấp của

nguồn điện.Vì thế, đại lượng ξ12chính là suất điện

động của nguồn điện mác trong đoạn mạch 1- 2

- sv : Tiếp thu khái niệm suất điện động ξ 12 tác

dụng trên đoạn 1- 2

- sv tự rút ra:

+ Khái niệm suất điện động của nguồn điện:

+ Biểu thức:

+ Đơn vị :

- GV : Yêu câu sv về tìm hiểu : Hiện tượng tạo

thành suất điện động trong pin điện hóa, xét pin

Đanien

- GV thông báo: ở đây ta nói về nguồn điện

không đổi, nhưng về nguyên tắc các lập luận đó

đúng cho cả các nguồn khác Vì vậy, ta chỉ nói

chung là nguồn điện

động ξ12 tác dụng trên đoạn 1- 2

- Suất điện động ξ12 tác dụng trên đoạn 1- 2 có trị số bằng công thực hiện bởi các lực lạ khi dịch chuyển một

đơn vị điện tích dương từ

điểm (1) đến điểm (2)

- Suất điện động của nguồn

điện: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện, đo bằng công

do nguồn điện tạo ra làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương một vòng quanh mạch kín của nguồn đó

Biểu thức: A

q

ξ = Đơn vị : vôn (V)

5 Hoạt động 5 Tìm hiểu định luật Ohm tổng quát Cách áp dụng định luật Ohm tổng quát

Hoạt động của giảng viên và sinh viên Nội dung cần nắm được

- GV : Yêu câu sv viết lại biểu thức của định luật

Ohm tổng quát dạng tích phân dựa trên ý nghĩa các

đại lượng vừa xét

- sv : Tự viết lại biểu thức:

I R12=( V1-V2) +ξ12

- GV thông báo: Tính tổng quát của định luật:

+ Độ giảm điện thế (I R12) tổng quát hơn

4.Định luật Ohm tổng quát Cách áp dụng

định luật Ohm tổng quát

- Biểu thức định luật

Ohm tổng quát

I R12=( V1-V2) +ξ12 -Tính tổng quát của định

khái niệm hiệu điện thế

+ Kết quả trùng với định luật Ohm cho đoạn

mạch đồng chất

Khi ξ12=0, I R12=( V1-V2) + Với đoạn mạch không đồng chất ξ ≠12 0,

mạch có vật dẫn là kim loại tiếp xúc với chất

điện phân

+ Kết quả trùng với định luật Ohm cho mạch

kín Khi đó : V1-V2=0,

I R=ξ , R là tổng trở của mạch kín

- sv : Tìm hiểu để rõ thêm tính tổng quát của định

luật

- GV thông báo: Cách áp dụng định luật Ohm tổng

quát

+ Điều kiện áp dụng: I có giá trị như nhau tại mọi

điểm trong mạch

+ Các bước và các quy ước khi áp dụng:

- B1: Chọn chiều dòng điện trong mạch và

chiều đường đi tùy ý

- B2: Lấy điện thế điểm đầu trừ điện thế điểm

cuối đường đi

- B3: ξ > 0 nếu đi qua nguồn từ âm sang

dương I > 0 nếu I cùng chiều đường đi và

ngược lại

- sv : Tiếp thu:

+ Cách áp dụng định luật Ohm tổng quát

+ Các bước khi áp dụng

- GV yêu cầu hs về làm bài tập áp dụng định luật

Ohm tổng quát

- sv : Thực hiện yêu cầu

luật:

+ Độ giảm điện thế (I R12) tổng quát hơn khái niệm hiệu điện thế

+ Kết quả trùng với định luật Ohm cho đoạn mạch

đồng chất

Khi ξ12=0, I R12=( V1-V2) + Với đoạn mạch không

đồng chất ξ ≠12 0, mạch có vật dẫn là kim loại tiếp xúc với chất điện phân + Kết quả trùng với định luật Ohm cho mạch kín Khi đó : V1-V2=0,

I R=ξ , R là tổng trở của

mạch kín

+ Điều kiện áp dụng: I có giá trị như nhau tại mọi

điểm trong mạch

+ Các bước và các quy

ước khi áp dụng:

- B1: Chọn chiều dòng

điện trong mạch và chiều

đường đi tùy ý

- B2: Lấy điện thế điểm

đầu trừ điện thế điểm cuối

đường đi

- B3: ξ > 0 nếu đi qua

nguồn từ âm sang dương

I > 0 nếu I cùng chiều

đường đi và ngược lại

IV hướng dẫn tự học và giao nhiệm vụ về nhà

1 Trả lời các câu hỏi sau:

- Chứng minh trong nguồn điện tồn tại trường lực lạ

- Mô tả hiện tượng tạo thành suất điện động trong pin điện hóa, xét pin Đanien

- Tại sao nói độ giảm điện thế (I R12) tổng quát hơn khái niệm hiệu điện thế?

2 Giải các bài tập áp dụng định luật Ohm tổng quát