Vật lý 11. Chương II. Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

I. Tóm tắt lý thuyết:

A. Đoạn mạch chứa nguồn điện

Đối với đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều từ cực dương và tới cực âm. Ta có hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế U_AB, cường độ dòng điện I và các điện trở r, R:

\[{U_{AB}}\; = \xi - I\left( {r + R} \right)\;\] hay \[I = \frac{{\xi - {U_{AB}}}}{{R + r}} = \frac{{\xi - {U_{AB}}}}{{{R_{AB}}}}\]

Trong đó R_AB = r + R là điện trở tổng của đoạn mạch.

B. Ghép các nguồn điện thành bộ.

Có thế ghép các nguồn điện thành bộ theo một trong các cách sau đây.

1. Bộ nguồn nối tiếp.

Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện được ghép nối tiếp với nhau. Trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp. Như vậy A là cực dương, B là cực âm của bộ nguồn.

Ta có \[{U_{AB}} = {U_{AM}} + {U_{MN}} + \ldots + {U_{QB}}\] do đó:

\[{\xi _b} = {\xi _1} + {\xi _2} + \ldots + {\xi _n}\]

Suất điện động của bộ nguồn được ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn có trong bộ.

Điện trở trong r_b bẳng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ:

\[{r_b} = {r_1} + {r_2} + \ldots + {r_n}\]

2. Bộ nguồn song song.

Khi các nguồn giống nhau có cực dương nối với nhau, cực âm nối với nhau gọi là nối song song, Khi mạch hở hiệu điện thế U_AB bằng suất điện động của mỗi nguồn và bằng suất điện động của bộ, và điện trở trong của bộ nguồn điện là tương đương của n điện trở r mắc song song, Do đó:

\[{\xi _b} = \xi \]; \[{r_b} = \frac{r}{n}\]

3. Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng.

\[{\xi _b} = m\xi \]; \[{r_b} = \frac{{mr}}{n}\]

Với n là dãy song song, m là số nguồn của mỗi dãy.

II. Bài tập minh hoạ:

Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E = 6V; r = 0,5Ω; R₁ = 4,5Ω; R₂ = 2Ω; cường độ dòng điện qua đoạn mạch là 1A. Hiệu điện thế giữa hai điểm B, A là bao nhiêu?

Giải

Dòng điện đi vào cực dương của nguồn E nên E đóng vai trò là máy thu

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa máy thu:

\[{I_{AB}} = \frac{{ - E + {U_{AB}}}}{{{R_1} + {R_2} + r}}\]

Suy ra: U_AB = I.(R₁ + R₂ + r) + E = 1.(4,5 + 2 + 0,5) + 6 = 13V

Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ, U_AB = 9V; E = 3V; r = 0,5Ω; R₁ = 4,5Ω; R₂ = 7Ω. Cường độ dòng điện trong mạch là bao nhiêu?

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ, bỏ qua điện trở của dây nối. Biết E₁ = 3V, E₂ = 12V, r₁ = 0,5Ω; r₂ = 1Ω; R = 2,5Ω, U_AB = 10V. Tính cường độ dòng điện qua mạch? Nguồn nào đóng vai trò máy phát, nguồn nào đóng vai trò máy thu?

Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ, E₁ = 12V, E₂ = 6V, R₁ = 4Ω, r₁ = r₂ = 1Ω.

1. Cường độ dòng điện chạy trong mạch?
2. Công suất tiêu thụ của nguồn?
3. Năng lượng mà nguồn thứ nhất cung cấp cho mạch trong thời gian 5 phút là bao nhiêu?

Bài 5: Cho bộ nguồn gồm 7 pin mắc như hình vẽ, suất điện động và điện trở trong của các pin giống nhau và bằng E₀, r₀. Có thể thay bộ nguồn trên bằng một nguồn E_b và điện trở trong r_b có giá trị là bao nhiêu?

Bài 6: Cho bộ nguồn gồm 12 pin giống nhau, mỗi pin có suất điện động 2V và điện trở trong 0,5Ω mắc như hình vẽ. Có thể thay 12 pin bằng một nguồn có suất điện động E_b và điện trở trong r_b có giá trị là bao nhiêu?

Bài 7: Cho mạch điện như hình vẽ, các pin giống nhau có cùng suất điện động E₀ và điện trở trong r₀. Cường độ dòng điện qua mạch chính có biểu thức là?

Bài 8: Một nguồn điện có suất điện động E, điện trở trong r, mắc với điện trở ngoài R = r tạo thành một mạch điện kín, khi đó cường độ dòng điện trong mạch là I. Nếu ta thay nguồn điện đó bằng ba nguồn điện giống hệt nó mắc song song thì cường độ dòng điện trong mạch là?

Bài 9: Cho mạch điện như hình, bỏ qua điện trở của dây nối, biết E₁ = 3V; r₁ = 1Ω; E₂ = 6V; r₂ = 1Ω; cường độ dòng điện qua mỗi nguồn bằng 2A. Điện trở mạch ngoài có giá trị bằng bao nhiêu?

Bài 10: Cho đoạn mạch AB như hình vẽ, bỏ qua điện trở của dây nối. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B tính bằng công thức là?