Bài học cùng chủ đề
Báo cáo học liệu
Mua học liệu
Mua học liệu:
-
Số dư ví của bạn: 0 coin - 0 Xu
-
Nếu mua học liệu này bạn sẽ bị trừ: 2 coin\Xu
Để nhận Coin\Xu, bạn có thể:
Nguồn điện, năng lượng điện và công suất 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.
III. Năng lượng điện
Khi đặt hiệu điện thế $U$ vào giữa hai đầu một đoạn mạch tiêu thụ điện, lực điện sẽ thực hiện công làm cho các điện tích tự do trong đoạn mạch chuyển động có hướng, tạo thành dòng điện với cường độ $I$. Sau thời gian $t$, sẽ có một lượng điện tích \(q=It\) dịch chuyển trong đoạn mạch. Công của lực điện thực hiện trong thời gian $t$ là:
\(A=Uq=UIt\)
Ở đây, $A$ là số đo năng lượng điện mà đoạn mạch nhận được (tiêu thụ) từ nguồn điện và được gọi là năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch.
Năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch bằng công của lực điện thực hiện khi di chuyển các điện tích.
\(W=A=UIt\)
Đơn vị của năng lượng điện tiêu thụ là jun, kí hiệu là J.
Dòng điện chạy trong đoạn mạch gây ra các tác dụng khác nhau. Trong quá trình đó, năng lượng điện sẽ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
❗Ngoài đơn vị jun, người ta còn dùng đơn vị kilôoát giờ (kW.h) để đo năng lượng điện tiêu thụ: 1 kW.h = 3,6.103 kJ.
❗Người ta đo năng lượng điện tiêu thụ bằng công tơ điện. Đơn vị của chỉ số trên công tơ là kW.h. Trong đời sống, người ta thường gọi 1 kW.h là 1 số điện.
Công tơ điện
IV. Công suất điện
Công suất tiêu thụ năng lượng điện (công suất điện) của một đoạn mạch là năng lượng điện mà mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian:
\(P=\dfrac{A}{t}=UI\)
Đơn vị của công suất điện là oát, kí hiệu là W.
V. Công và công suất của nguồn điện
Khi mạch điện kín, nguồn điện thực hiện công làm các điện tích tự do di chuyển trong toàn mạch để tạo nên dòng điện và năng lượng của nguồn điện chuyển thành năng lượng điện. Công của nguồn điện \(A_n\), khi tạo ra dòng điện có cường độ $I$ chạy trong mạch sau khoảng thời gian $t$ được tính bằng:
\(A_n=\xi q=\xi It\)
Công suất của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó. Công suất \(P_n\) của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ năng lượng điện của toàn mạch.
\(P_n=\dfrac{A_n}{t}=\xi I\)
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 \(U=\xi-Ir\)
3. Năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển các điện tích. Công thức tính công của lực điện \(A=qU=UIt\). Đơn vị là jun, kí hiệu là J.
4. Đối với đoạn mạch thuần điện trở, nhiệt lượng đoạn mạch tỏa ra khi dòng điện chạy qua được tính bằng công thức: \(Q=RI^2t\).
5. Công suất tiêu thụ năng lượng điện của một đoạn mạch là năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Công thức tính: \(P=\dfrac{A}{t}=UI\). Đơn vị là oát, kí hiệu là W.
Bạn có thể đánh giá bài học này ở đây