Công thức liên quan Bài 09: Định luật Ohm đối với toàn mạch.

Phát biểu: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Chú thích:

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Dùng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa hai điểm M và N. Vì vôn kế có điện trở vô cùng lớn thì có thể xem vôn kế không ảnh hưởng đến mạch.

Khi đó: $U_{MN} = U_{MI }+ U_{IN} = U_{MI }- U_{NI}$

Lưu ý:

- Những điểm nối bằng dây dẫn không có điện trở thì có thể chập lại với nhau.

- Mạch nối tắt: khi linh kiện bị nối tắt => bỏ qua linh kiện và xem như dây dẫn.

- Mạch có thêm dụng cụ đo:

Công suất tiêu thụ trên mạch ngoài:

$P = R{I}^2 = R.{\left(\frac{\mathcal{E}}{R\hspace{0.17em}+ r}\right)}^2 = \frac{R.{\mathcal{E}}^2}{R^2 + 2Rr + r^2}=\frac{{\mathcal{E}}^2}{\left(R + {\displaystyle \frac{r^2}{R}}\right) + 2r}$

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy:

$$\begin{gathered} R + \frac{r^2}{R}\ge 2\sqrt{R . \frac{r^2}{R}} \\ \Rightarrow R + \frac{r^2}{R}\ge 2r \end{gathered}$$

Vậy $P_{max} = \frac{{\mathcal{E}}^2}{4r}$

Dấu “=” xảy ra khi $R = \frac{r^2}{R}\Rightarrow R = r$

=> Nếu R = r thì công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là cực đại.

Mạch có dạng:

Để có mạch cầu Wheatstone : $I_5=0 A hay V_{MN}=0 V$

$\frac{R_1}{R_3}=\frac{R_2}{R_4}$

Khi đó có thể chập M và N với nhau

Phát biểu: Công của nguồn điện bằng tổng điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài và ở mạch trong, trong đó điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài là điện năng tiêu thụ có ích. Từ đó, hiệu suất $H$ của nguồn điện được tính bằng tỉ số giữa điện năng tiêu thụ có ích $A_{có ích}$ và tổng điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài và mạch trong $A$.

Chú thích: 

$H$: hiệu suất của nguồn điện 

$A_{có ích}$: điện năng tiêu thụ có ích $\left(J\right)$

$A$: tổng điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài và mạch trong $\left(J\right)$

Phát biểu định luật Ohm đối với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

Chú thích: 

$I$: cường độ dòng điện trong mạch kín $\left(A\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Cường độ dòng điện đạt giá trị lớn nhất khi điện trở mạch ngoài không đáng kể ($R_N$=0), lúc này $I_m=\frac{\mathcal{E}}{r}$. Khi đó ta nói rằng, nguồn điện bị đoản mạch.

Tích của cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch và điện trở của nó được gọi là "độ giảm điện thế" trên đoạn mạch đó. Kết quả các thí nghiệm cho thấy, suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong:

$\mathcal{E}=I.(R_N+r)=I{R}_N+Ir$

Định luật Ohm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Chú thích:

$U_N$: hiệu điện thế của mạch ngoài $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn $\left(\Omega \right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn $\left(V\right)$

Phát biểu: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ (tức $R_N\approx 0$). Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn và có hại.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Hiện tượng đoản mạch: 

Trong đời sống, hiện tượng đoản mạch ở mạch điện thông thường có thể dẫn đến đứt cầu chì, gây cháy nổ và làm hư hỏng các thiết bị điện. Thậm chí, gây nguy hiểm đến con người nếu ở gần, có thể gây bỏng hoặc thiệt hại đến tính mạng (do cường độ dòng điện trong mạch tăng lên quá lớn nên tỏa ra nhiệt lượng rất cao).

Biện pháp phòng trách hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch):

- Khi không sử dụng thiết bị điện cần tắt hoàn toàn, an toàn hơn thì hãy rút phích cắm khỏi nguồn điện.

- Sử dụng dây dẫn điện có tiết diện phù hợp với dòng điện. Lắp cầu chì ở mỗi công tắc để ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

- Hạn chế các tác nhân ảnh hưởng đến nguồn điện trong gia đình như va đập cơ học, nhiệt độ môi trường cao. Lắp đặt công tắc điện ở vị trí thông thoáng, trách các khu vực ẩm ướt hoặc nhiệt độ cao như nhà vệ sinh hoặc khu vực bếp nấu nướng.