Bài tập vận dụng định luật Ôm đối với toàn mạch và công thức tính điện trở của dây dẫn

Những bài tập về nguồn điện, điện trở và công suất của dòng điện không chỉ là những bài tập trên sách vở mà còn được ứng dụng trong thực tế cuộc sống như tính nguồn điện tiêu thụ trong gia đình. Công suất tiêu thụ của các thiết bị điện và lựa chọn công suất dòng điện phù hợp với thiết bị điện. 

Vậy thì người ta tính toán những con số đó như thế nào? Dựa vào cơ sở nào để áp dụng? Đó chính là nhờ vào công thức của định luật Ôm. Vậy định luật Ôm là gì, công thức của định luật Ôm là gì? Câu trả lời có ở trong bài viết này, cùng theo dõi nhé!

Định luật Ôm là gì?

– Georg Ohm chính là người phát hiện ra điều kiện nhiệt độ không đổi, dòng điện đi qua một điện trở có giá trị xác định tỉ lệ thuận với điện áp đặt trên nó và tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở đó.

– Định luật Ôm được gọi theo tên của Georg Ohm với tên chính thức là Định luật Ohms.

– Định luật Ohms chính là mối liên hệ giữa điện áp, dòng điện và điện trở , được biểu diễn dưới dạng công thức sau:

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A).
• U là điện áp trên vật dẫn (V)
• R là điện trở (ôm).

– Trong định luật Ôm, điện trở R sẽ không phụ thuộc vào cường độ dòng điện, như vậy R là 1 hằng số.

– Từ công thức trên, nếu biết được 2 trong 3 giá trị điện áp, dòng điện và điện trở thì sẽ tìm được giá trị còn lại.

Công thức định luật Ôm toàn mạch

1. Thí nghiệm

– Toàn mạch là một mạch kín gồm nguồn điện với mạch ngoài là cả vật dẫn có điện trở tương đương R.

– Mắc mạch như hình vẽ:

– Trong đó ampe kế (có điện trở rất nhỏ) đo cường độ dòng điện I của dòng điện chạy trong mạch điện kín, vôn kế (có điện trở rất lớn) đo hiệu điện thế mạch ngoài UN và biến trở cho phép thay đổi điện trở mạch ngoài.

– Thí nghiệm tiến hành với mạch điện này cho các giá trị đo I và UN như bảng sau:

– Các giá trị đi này được biểu diễn bằng đồ thị  sau:

2. Định luật Ôm đối với toàn mạch                                                                                                                                     a) Thiết lập định luật Ôm cho toàn mạch

– Tích của cường độ dòng điện và điện trở được gọi là độ giảm điện thế. Nên tích IRN còn được gọi là độ giảm hiệu điện thế mạch ngoài.

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

                    b) Biểu thức định luật Ôm toàn mạch

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện của mạch kín (A)
• E là suất điện động (V)
• RN là điện trở ngoài 
• r là điện trở trong.

1. c) Phát biểu định luật Ôm đối với toàn mạch

– Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

– Lưu ý:

E = UN khi r = 0 hoặc mạch hở I – 0.

Hiện tượng đoản mạch

– Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi R(N)= 0.

– Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và I = E/r.

Hiệu suất nguồn điện

– Hiệu suất nguồn điện được tính bằng công thức là:

Công suất trong mạch điện

Công suất của một mạch điện được kí hiệu là P (Power) là mức năng lượng được sinh ra hoặc hấp thụ của mạch điện trong một đơn vị thời gian.

– Ví dụ bóng đèn dây tóc và máy sưởi, năng lượng được chuyển đổi sang năng lượng dạng nhiệt, ánh sáng hoặc cả 2.

– Giá trị công suất P được tính bằng tích của điện áp và cường độ dòng điện, đơn vị là Watt (W). 

– Kết hợp với định luật Ôm, công suất dòng điện được tính như sau: 

– Nếu P > 0 thì thiết bị hấp thụ năng lượng hay nói cách khác là thiết bị sử dụng năng lượng. Nếu P < 0 thì thiết bị sinh ra năng lượng hay nói cách khác là thiết bị đó chính là nguồn năng lượng.

Công suất định mức

– Thiết bị điện, điện tử được kèm theo thống số công suất định mức trên mỗi thiết bị. Thông số này cho biết công suất lớn  nhất mà thiết bị có thể chuyển hóa năng lượng điện sang năng lượng dạng nhiệt, quang hay cơ năng.

– Ví dụ bóng đèn dây tóc chuyển hóa năng lượng sang dạng quang năng (phát sáng) và nhiệt năng (tỏa nhiệt). Động cơ ddienj chuyển hóa năng lượng sang dạng cơ năng (vận hành).

– Đơn vị của công suất định mức là Watt (W).

– Trong thực tế, một số thiết bị điện thường để công suất ở dạng mã lực – hp (horsepower).

– 1 hp = 746 W

– Khi đó thì các tham số liên quan đến mạch điện được tính như sau:

Điện áp rơi trên điện trở R: U = I x R 

Dòng điện: I = U / R

Điện trở: R = U / I

Công suất: P = U x I

Như vậy, công suất mạch điện chỉ xuất hiện khi có cả điện áp và dòng điện. với trường hợp mạch hở, khi đó dòng điện bằng 0, công suất P  = V.0 = 0. Nếu trường hợp ngắn mạch xảy ra thì điện áp bằng 0, công suất P = 0. I = 0.

Năng lượng trong mạch điện

– Năng lượng là đại lượng đo khả năng làm việc của mạch điện. Đơn vị đo năng lượng mạch điện là Joule (J). Kí hiệu năng lượng là A.

– Năng lượng được tính bằng tích công suất và thời gian tiêu thụ, cụ thể là:

– Từ công thức trên ta suy ra như sau:

– Trong thực tế, người ta còn sử dụng đơn vị KWh hay còn gọi là số điện để đo năng lượng điện cho thiết bị.

1 KWh = 1000W.3600(s) = 3 600 000 (J).

Điện trở của dây dẫn là gì?

– Trị số R = U / I không đổi đối với mỗi dây dẫn được gọi là điện trở của dây dẫn đó.

– Công thức R = U / I

– Đơn vị : Ω

Ngoài ra còn dùng đơn vị: KΩ, MΩ

1KΩ = 1.000Ω

1MΩ = 1.000.000Ω

– Ý nghĩa của điện trở dây dẫn: Điện trở biểu thị mức độ cản trở dòng điện nhiều hay ít của dây dẫn.

Xem thêm: Bài giảng Định luật ôm đối với toàn mạch 

Bài tập vận dụng định luật Ôm

Câu 1. Cho một đoạn mạch gồm hai điện trở R1 và R2 mắc song song và mắc vào một hiệu điện thế không đổi. Nếu giảm trị số của điện trở R2 thì

1. độ sụt thế trên R2 giảm.
2. dòng điện qua R1 không thay đổi.
3. dòng điện qua R1 tăng lên.
4. công suất tiêu thụ trên R2 giảm.

Câu 2. Cho một mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động E = 12 (V), điện trở trong r = 2 (Ω), mạch ngoài gồm điện trở R1 = 6 (Ω) mắc song song với một điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài lớn nhất thì điện trở R phải có giá trị.

1. R = 1 (Ω)
2. R = 2 (Ω)
3. R = 3 (Ω)   
4. R = 4 (Ω)

Câu 3. Khi hai điện trở giống nhau mắc nối tiếp vào một hiệu điện thế U không đổi thì công suất tiêu thụ của chúng là 20 (W). Nếu mắc chúng song song rồi mắc vào hiệu điện thế nói trên thì công suất tiêu thụ của chúng là:

1. 5 (W)
2. 10 (W)   
3. 40 (W)  
4. 80 (W)

Câu 4. Khi hai điện trở giống nhau mắc song vào một hiệu điện thế U không đổi thì công suất tiêu thụ của chúng là 20 (W). Nếu mắc chúng nối tiếp rồi mắc vào hiệu điện thế nói trên thì công suất tiêu thụ của chúng là:

1. 5 (W)  
2. 10 (W)   
3. 40 (W)   
4. 80 (W)

Câu 5. Một ấm điện có hai dây dẫn R1 và R2 để đun nước. Nếu dùng dây R1 thì nước trong ấm sẽ sôi sau thời gian t1 = 10 (phút). Còn nếu dùng dây R2 thì nước sẽ sôi sau thời gian t2 = 40 (phút). Nếu dùng cả hai dây mắc song song thì nước sẽ sôi sau thời gian là bao nhiêu?

Câu 6. Một ấm điện có hai dây dẫn R1 và R2 để đun nước. Nếu dùng dây R1 thì nước trong ấm sẽ sôi sau thời gian t1 = 10 (phút). Còn nếu dùng dây R2 thì nước sẽ sôi sau thời gian t2 = 40 (phút). Nếu dùng cả hai dây mắc nối tiếp thì nước sẽ sôi sau thời gian là bao nhiêu?

Với những bài tập trên đây, các bạn hãy áp dụng định luật Ôm và công thức định luật Ôm đối với toàn mạch, công thức tính điện trở rút ra từ định luật Ôm và công thức tính công suất mạch điện để giải bài toán. Lessonopoly chúc các bạn học tốt.