Nguồn điện SVIP

I. NGUỒN ĐIỆN. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN

1. Nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Mỗi nguồn điện một chiều đều có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-). Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện được duy trì ngay cả khi có dòng điện chạy qua các vật dẫn nối liền giữa hai cực của nó, có nghĩa là sự tích điện khác nhau ở các cực của nguồn điện tiếp tục được duy trì.

Để tạo ra các điện cực như vậy, trong nguồn điện có lực thực hiện công để tách các electron ra khỏi nguyên tử, sau đó chuyển các electron hoặc ion dương được tạo thành như thế ra khỏi mỗi cực. Khi đó, một cực thừa electron gọi là cực âm, cực còn lại thiếu electron hoặc thừa ít electron hơn cực kia gọi là cực dương. Việc tách các electron ra khỏi nguyên tử không phải do lực điện thực hiện mà phải do các lực có bản chất khác với lực điện thực hiện, gọi là các lực lạ.

 Sự dịch chuyển của các điện tích dương và electron

2. Suất điện động của nguồn điện

Khi nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Nếu vật dẫn làm bằng kim loại thì chỉ có sự dịch chuyển của các electron tự do từ cực âm, qua vật dẫn đến cực dương. 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. Khi đó, lực lạ thực hiện một công thắng công cản của trường tĩnh điện bên trong nguồn điện.

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công $A$ của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương $q$ bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích $q$ đó:

\(\xi=\dfrac{A}{q}\)

Đơn vị của suất điện động là vôn, kí hiệu là V.

Công của nguồn điện chuyển thành năng lượng điện trong mạch kín. Do vậy, suất điện động của nguồn điện được xác định bằng năng lượng dịch chuyển một điện tích đơn vị theo vòng kín của mạch điện.

 Giá trị suất điện động của một nguồn điện

Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó. Đó cũng là giá trị của hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch điện hở.

II. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA NGUỒN ĐIỆN LÊN HIỆU ĐIỆN THẾ GIỮA HAI CỰC CỦA NGUỒN

1. Điện trở trong của nguồn điện

Nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện. Mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động \(\xi\) và điện trở trong $r$ của nguồn.

2. Ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn

 Điện trở trong $r$ của nguồn điện trong sơ đồ mạch điện

Để dễ hình dung, ta tưởng tượng tách điện trở trong $r$ của nguồn ra bên ngoài. Nguồn điện lúc này được xem như mắc nối tiếp với điện trở $r$.

Trong khoảng thời gian $t$ có điện lượng \(q=It\) chuyển qua mạch. Nguồn điện đã thực hiện công $A$, ta có:

\(A=q\xi=\xi It\)     (1)

Cũng trong thời gian $t$ đó, nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở ngoài $R$ và điện trở trong $r$ là:

\(Q=RI^2t+rI^2t\)     (2)

Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch phải bằng năng lượng do nguồn điện cung cấp. Từ (1) và (2) ta có:

\(\xi It=RI^2t+rI^2t\)

hay \(\xi=IR+Ir=I\left(R+r\right)\)      (3)

Gọi tích số của cường độ dòng điện với điện trở của đoạn mạch là độ giảm thế trên đoạn mạch. Theo công thức (3) thì suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Nếu gọi \(U=IR\) là hiệu điện thế mạch ngoài thì công thức (3) được viết thành:

\(U=\xi-Ir\)      (4)

Hiệu điện thế mạch ngoài cũng là hiệu điện thế giữa hai cực dương và âm của nguồn điện.

❗ Em có biết

Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch) xảy ra khi nguồn điện được nối với mạch ngoài có điện trở không đáng kể hoặc bằng 0. Nguyên nhân cho việc chập mạch điện làm cho điện trở của mạch ngoài bằng 0, khi đó cực âm của nguồn nối trực tiếp với cực dương của nguồn mà không qua thiết bị điện.

1. Suất điện động \(\xi\) của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công $A$ của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương $q$ bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích $q$ đó.

\(\xi=\dfrac{A}{q}\)

Đơn vị của suất điện động là vôn, kí hiệu là V.

2. Mối liên hệ giữa suất điện động và hiệu điện thế mạch ngoài:

\(\xi=U+Ir\) hay \(U=\xi-Ir\)