Bài giảng Cơ sở vật lý cho Tin học - Chương 4: Dòng điện và nguồn điện

Bài giảng Cơ sở vật lý cho Tin học - Chương 4: Dòng điện và nguồn điện, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về dòng điện và nguồn điện; Định luật Ohm; Dòng điện trong các vật liệu điện; Định luật Kirchhof; Nguồn điện áp và nguồn dòng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

q I

S







Dòng điện không đổi

Dòng điện Dòng điện không đổi Cường độ dòng điện Mật độ dòng điện

Xác định bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua tiết diện dây dẫn trong một đơn

vị thời gian

Có giá trị bằng điện lượng chuyển qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với chiều dòng điện

Đơn vị là Ampe (A)

dq I

dt



Dạng vi phân:

Đơn vị là A/m 2 Dạng vi phân:

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.1 Khái niệm về dòng

điện và nguồn điện

Trang 2

Trang 3

- Tuy nhiên, đầu có điện thế thấp sẽ mất dần electron nên

điện tích âm đầu này bị giảm Ngược lại, đầu có điện thế cao

do nhận thêm electron nên điện tích dương của đầu này cũng

sẽ giảm

- Để duy trì dòng điện ta cần có một

thiết bị tạo ra hiệu điện thế đó, gọi

thiết bị đó là nguồn điện

- Hai thành phần quan trọng của nguồn

điện là cực dương (+) và cực âm (-)

Cực âm Cực dương

điện và nguồn điện Nguồn điện

Trang 4

- Lực này bản chất không phải là lực tĩnh điện mà gọi là lực lạ (vì nếu là lực tĩnh điện thì giữa electron và ion dương là lực hút do đó

ko thể tách chúng ra xa nhau ) Lực lạ trong pin, acquy là lực hóa học, còn trong máy phát điện là lực từ

- Cần có một lực tách các electron

ra khỏi nguyên tử trung hòa, đồng

thời lực này chuyển các electron

hoặc các ion dương ra khỏi mỗi

cực Cực thừa electron gọi là cực

âm, cực còn lại mất electron gọi là

cực dương.

Nguyên tắc tạo ra cực dương và cực âm của nguồn điện

Nguồn điện

Trang 5

- Nối hai đầu vật dẫn với hai cực của nguồn điện ta tạo được mạch kín Dưới tác dụng của lực điện trường các electron tự do ở vật dẫn chuyển động ngược chiều điện trường từ cực âm qua vật dẫn đến cực dương, còn các hạt tải điện dương ngược lại từ cực dương sang cực âm.

- Trong mạch kín hình thành một dòng điện chạy liên tục và được duy trì.

- Bên trong nguồn điện,

dưới tác dụng của lực

lạ, các hạt tải điện

dương lại dịch chuyển

ngược chiều điện

trường từ cực âm đến

cực dương

Nguồn điện

Trang 6

Cực dương : Thanh Cacbon được

bao quanh Mangan dioxit (MnO2)

Dung dịch điện phân: amoni

clorua (NH4Cl) trộn với hồ đặc

Do tác dụng hóa học:

- Tại cực dương xảy ra phản ứng

hóa học (oxi hóa) tạo ra hợp chất

giải phóng electron

- Tại cực âm xảy ra phản ứng

khử để hấp thụ các electron đó.

Kết quả electron chạy từ cực

dương sang cực âm

Pin khô- Leclanché

Nguồn điện

Trang 7

A q

Đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện (công của lực lạ)

- Duy trì và tạo dòng điện trong mạch

Đơn vị là Vôn (V) 1V=1 J/C



- Nguồn điện là nguồn năng lượng, có thể chuyển từ dạng năng lượng khác sang dạng năng lượng điện.(pin, acquy…)

Sđđ xác định bằng thương số giữa công

A của lực lạ dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích đó

Công suất của nguồn điện có trị số bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian

Trang 8

Các cách ghép nhiều nguồn thành bộ nguồn

n b

r r

1

3 2

Trang 9

Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở

Liên hệ giữa I và U: I   U  gọi là độ dẫn điện

Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng di chuyển của các hạt điện tích qua một môi trường vật chất khi có lực tác động vào các hạt điện tích

Điện trở suất là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở chuyển động có hướng của các hạt điện tích trong mỗi chất

0 là điện trở suất ở t 0 = 20 o C,  là hệ số nhiệt điện trở của chất

S



 l là chiều dài dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn

Điện trở là đại lượng đặc trưng cho khả năng ngăn cản dòng điện trong mạch và tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện, tỷ lệ thuận với điện trở suất

Trang 10

Cách ghép điện trở

Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có điện trở

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.2 Định luật Ohm

Trang 11

4.2.1 Định luật Ohm tổng quát cho mạch kín

RI Q

It q

A

A H

Ir U

Hiệu suất của nguồn

Trang 12

4.2.1.Định luật Ohm tổng quát cho đoạn mạch có nguồn điện

UAB     

Lưu ý: - Đi từ A đến B gặp cực dương của nguồn thì lấy dấu + 

- Đi từ A đến B gặp cực âm của nguồn thì lấy dấu – 

- Đi từ A đến B cùng chiều dòng điện thì lấy +

- Đi từ A đến B ngược chiều dòng điện thì lấy -

Nếu dòng điện đi vào cực âm của nguồn thì ta nói đây là nguồn phát điện Ngược lại thì ta nói là nguồn thu điện.

* Nếu chưa biết chiều dòng điện chạy qua đoạn mạch thì ta giả thiết chiều dòng điện chạy từ A đến B Sau khi áp dụng định luật Ohm, ta tính được kết quả tìm được dòng điện có giá trị dương thì chiều dòng điện giả thiết là đúng với chiều dòng điện chạy trong đoạn mạch; nếu dòng điện

có giá trị âm thì chiều dòng điện chạy qua đoạn mạch ngược chiều với chiều đã giả thiết.

Trang 13

4.2.1 Định luật Ohm tổng quát cho mạch kín

H.1

I1

I 2 I

Cho mạch điện như hình vẽ : trong đó 1 = 6V; r1=1Ω; r2=3Ω;

1 )

(

4 ) (

1 2

1 3

1

2 2

1 2

2 2

1 1

3 1 2

I I I

I I R

R

R I

I R

R I U

R R R

R R R R

A I

I V

U CD  3  6  3   3   1 ;  3

Giải

Trang 14

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 2 Định luật Ohm 4.2.2 Định luật Ohm dạng vi phân

Trang 15

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.3 Dòng điện trong các vật liệu điện

4.3.1.Dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của

các electron tự do dưới tác dụng của lực điện trường

Trang 16

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.3 Dòng điện trong các vật liệu điện

4.3.2 Dòng điện trong chất bán dẫn

Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển của các electron

và các lỗ trống dưới tác dụng của lực điện trường

Trang 17

4.4.1 Định luật Kirschoff 2 về điện thế (Kirchhoff's Voltage Law, KVL)

Còn gọi là hệ quả của nguyên lý bảo toàn năng lượng: Công của lực điện dịch chuyển 1 đơn vị điện tích dương (1C) theo một đường cong kín bằng không.

Phát biểu: Đi theo một vòng mạch kín (mắt mạch) với chiều f tùy ý,

tổng đại số các suất điện động và tổng đại số các độ giảm điện thế luôn bằng 0.

Quy ước : Chọn 1 chiều đi của

vòng mạch (chiều f), dòng điện

nào có cùng chiều đi với chiều

đi của vòng sẽ mang dấu (+) và

ngược lại sẽ mang dấu (-).

Sđđ mang dấu (+) nếu chiều từ

cực dương sang cực âm trùng

với chiều f và ngược lại sẽ

Trang 18

4.4.2 Định luật Kirschoff 1 về dòng điện cho 1 nút (Kirchhoff's Current Law, KCL)

Còn gọi là định luật bảo toàn điện tích viết cho dòng điện không đổi.

Phát biểu: Tổng đại số những dòng điện đi qua 1 nút phải bằng 0

Quy ước : Dòng điện đi vào nút có dấu (+) và dòng điện đi ra khỏi nút có dấu (-).

Hoặc ta có thể quy ước ngược lại.

Tổng các dòng điện đi vào một

Lưu ý: Một mạch điện gồm hai hay nhiều phần tử nối với nhau, các phần tử trong

mạch tạo thành những nhánh Giao điểm của hai hay nhiều nhánh được gọi là nút.

Trang 19

Ví dụ áp dụng

Cho mạch như hình vẽ Tìm dòng điện

chạy qua mỗi điện trở, biết điện trở trong

của mỗi nguồn không đáng kể.

- Dòng điện đi qua nhánh ABC là i1, qua nhánh CA là i2, qua nhánh CDA là i3 -Áp dụng KCL : Tại nút C thì i 1 = i2+ (i1-i2)

Tại nút A thì i1=i2+i3, do vậy i3=i1-i2

Áp dụng KVL cho vòng kín ABC: 10i1 + 4i2 - 20 = 0 (1)

và áp dụng cho vòng kín ACD: – 4i2 + 8i3 -12=0 hay -4i2+8(i1-i2)=12 suy ra:

Trang 20

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.5 Các loại nguồn điện

Các loại nguồn điện

Trang 21

Định nghĩa

Hai thông số đặc trưng cho một nguồn điện là :

• Giá trị điện áp giữa hai đầu lúc hở mạch (khi không nối với bất kì một phần tử nào khác từ mạch ngoài đến hai đầu của nó) gọi là điện áp lúc hở mạch của nguồn kí hiệu là

• Giá trị dòng điện của nguồn đưa ra mạch ngoài (lúc mạch ngoài dẫn điện hoàn toàn) gọi là giá trị dòng điện ngắn mạch của nguồn

 Nếu r → ∞, ta có I → I m nguồn khi đó có dạng là một nguồn dòng điện lí tưởng

Trên thực tế, với những tải có giá trị khác nhau, điện áp trên hai đầu nguồn

hay dòng điện do nó cung cấp có giá trị khác nhau và phụ thuộc vào tải.

Nghĩa là tồn tại điện trở bên trong nguồn gọi là r

Chương 4 Dòng điện và nguồn điện Bài 4.6 Nguồn điện áp và nguồn dòng

Trang 22

Một nguồn điện được coi là lý tưởng nếu điện áp hay dòng điện do nó cung cấp cho mạch ngoài không phụ thuộc vào tính chất của mạch ngoài (mạch tải).

Định nghĩa

 Nguồn dòng là nguồn luôn cung cấp ra một dòng điện

không đổi không phụ thuộc tải (cho dù tổng trở của tải mạch ngoài thay đổi

(dòng điện có thể 1 chiều hoặc xoay chiều)

 Nguồn áp là nguồn luôn cung cấp ra một điện áp không

đổi không phụ thuộc tải.

Nguồn dòng và nguồn áp đều là lý tưởng, trong thực tế

không có nguồn nào như thế khi mà điện trở trong bằng

không (với nguồn áp) và bằng vô cùng (với nguồn dòng) mà

người ta chỉ tạo ra các bộ nguồn gần với lý thuyết

>>

Chiều mũi tên là chiều tăng của điện áp

Trang 23

- Nguồn dòng tín hiệu khi cần

truyền đi xa: để tránh sai số do

điện trở đường dây, nhiễu điện áp

điện cho diode zenner

- Nguồn dòng cho các mạch đo

lường kiểu điện trở như RTD,

Ứng dụng

Trang 24

- Đường dây điện thoại kéo đến nhà thuê bao ứng dụng

nguồn dòng 20mA Như ta đã biết đường dây điện thoại

ngoài tính năng truyền dẫn tín hiệu thoại, nó còn có chức

năng cấp nguồn cho máy điện thoại hoạt động Khi gác

máy-> điện trở tải bằng vô cùng ->dòng bằng 0 Khi nhấc

máy, điện trở tải nằm trong phạm vi cho phép dẫn tới

dòng qua tải bằng 20mA Điện thế giữa hai đầu dây thay

đổi tùy theo điện trở R của máy điện thoại nhưng dòng

qua máy luôn ổn định

Ứng dụng

Trang 25

-Nguồn dòng thường được ứng dụng trong các thiết bị đo lường.Tùy theo mạch mà bạn có nguồn dòng ổn định trong một khoảngcho phép nào đó Ví dụ trong ứng dụng mạch đo nhiệt độ dùng

sensor PT100 Khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở của Sensor

sẽ thay đổi Nếu bạn cung cấp một nguồn dòng cho PT100 thì

khi đó dựa vào điện thế 2 đầu Sensor sẽ biết được điện trở từ đóxác định được nhiệt độ là bao nhiêu

Vì I không đổi (nguồn dòng) nên khi đó U tỉ lệ thuận với R Nếubạn cung cấp cho Sensor một nguồn dòng là 1mA khi đóU=R/1000 (V) hay U(mV) = R Vậy ta có thể đo được điện trở

Ứng dụng

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	2,4 MB