Điện trở ngoài là gì

Mạch ngoài của toàn mạch có thể là các điện trở hoặc các vật dẫn được coi như các điện trở (ví dụ như các bóng đèn dây tóc) nối liền hai cực của nguồn điện. Cần phải nhận dạng và phân tích xem các điện trở này được mắc với nhau như thế nào (nối tiếp hay song song).

Điện trở là gì? Công thức tính điện trở có bao nhiêu cách? Điện trở được sử dụng nhiều khi lắp đặt thiết bị điện, máy móc, motor như máy rửa xe, máy nén khí,… vậy bạn có hiểu được hết về điện trở không? Hãy theo dõi bài viết trên để giải đáp cơ bản về chúng nhé.

Điện trở là gì?

Trong tiếng Anh điện trở có tên gọi là resistor. Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tượng R quan trọng gồm có hai tiếp điểm kết nối với nhau giúp hạn chế được cường độ dòng điện chảy trong mạch. Do đó, điện trở thường có một số chức năng chính như: chỉnh mức độ tín hiệu, chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động,…

Điện trở kháng được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó. Khả năng giảm dòng điện của điện trở được gọi là điện trở suất và được đo bằng đơn vị ohms (đơn vị điện trở).

Điện trở ngoài là gì

Định luật ôm đối với toàn mạch – Lý thuyết.Định luật ôm đối với toàn mạch. I. Định luật Ôm với toàn mạch Từ thực nhiệm có thể viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế mạch ngoài UN và cường độ dòng điện chạy qua mạch kín là:

Định luật  Ôm với toàn mạch

Từ thực nhiệm có thể viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế mạch ngoài UN và cường độ dòng điện chạy qua mạch kín là:

UN = Uo = aI = ξ – aI                   (9.1)

Trong đó, a là hệ số tỉ lệ dương và Uo là giá trị nhỏ nhất của hiệu điện thế mạch ngoài và nó đúng bằng suất điện động của nguồn điện.

Để tìm hiểu ý nghĩa của hệ số a trong hệ thức (9.1), ta hãy xét mạch điện kín có sơ đồ hình 9.2 Áp dụng định luật Ôm cho mạch ngoài chỉ chứa điện trở tương đương RN, ta có:

UN  = UAB = IRN                       (9.2)

Tích của cường độ dòng điện và điện trở mạch ngoài gọi là độ giảm điện thế. Tích IR N còn được gọi là độ giảm điện thế mạch ngoài.

Từ các hệ thức 9.1 và 9.2 ta có : ξ = UN + aI = I(RN + a)

Điều này cho thấy a cũng có đơn vị của điện trở. Đối với toàn mạch, RN  là điện trở tương đương của mạch ngoài, nên a chính là điện trở mạch trng của nguồn điện. Do đó: ξ = I(RN + r) = IRN + Ir            (9.3)

 Như vậy, suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong .

Từ hệ thức (9.3), suy ra: UN= IRN = ξ – Ir             (9.4)

I  = ξ/ (RN + r)                         (9.5)

Tổng RN + r là tổng điện trở tương đương RN của mạch ngoài và điện trở r của nguồn điện được gọi là điện trở trong toàn phần của mạch điện kín.

Hệ thức (9.5) biểu thị định luật ôm với toàn mạch và được phát biểu như sau: Cường độ dòng điện chạy qua mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ với điện trở toàn phần của mạch đó.

Nhận xét.

1. Hiện tượng đoản mạch

Từ hệ thức 9.5 ta thấy, cường độ dòng điện chạy trong  mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi điện trở RN­ của mạch ngoài không đáng kể ( RN ), nghĩa là khi hai cực của nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ, Khi ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch lúc đó:

I = ξ/ r                  (9.6)

2. Định luật ôm với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Theo công thức (8.5), công của nguồn điện sản ra trong mạch điện kín khi có dòng điện không đổi có cường độ I chạy qua trong thời gian t là:

A = ξIt                       (9.7)

Trong thời gian đó, theo định luật Jun Len  xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài và mạch trong là:

Q = (RN+ r)I2t              (9.8)

Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng thì A = Q, do đó, từ các công thức (9.7) và (9.8), suy ra các hệ thức (9.4) và (9.5) biểu thị định luật ôm đối với toàn mạch đã thu được ở trên:

 ξ = I(RN + r) và I = ξ / (RN + r)

Như vậy định luật ôm với toàn mạch phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

3. Hiệu suất của nguồn điện

Các hệ thức trên cho thấy công của nguồn điện bằng tổng công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài và ở mạch trong , trong đó công của dòng điện sản ra ở mạch ngoài có ích, Từ đó, ta có công thức tính hiệu suất của nguồn điện là ;

H = A có ích  / A = UNIt / ξ.It = UN/ ξ (100%)                   (9.9)

1. Mạch kín cơ bản (gồm nguồn và điện trở thuần):

(R là điện trở của mạch ngoài; E, r là suất điện động và điện trở trong của nguồn).

Quảng cáo

2. Mạch kín gồm nhiều nguồn điện và máy thu mắc nối tiếp với điện trở thuần:

Trong đó: R là điện trở tương đương của mạch ngoài;

E, r là suất điện động và điện trở trong của nguồn;

E’, r’ là suất điện động và điện trở trong của máy thu điện

với quy ước: nguồn khi dòng điện đi vào từ cực âm và đi ra từ cực dương; máy thu khi dòng điện đi vào từ cực dương và đi ra từ cực âm.

3. Mạch kín gồm nhiều nguồn giống nhau (E, r) mắc thành bộ và điện trở thuần:

    + Nếu n nguồn giống nhau mắc nối tiếp thì: Eb = nE; rb = nr.

    + Nếu n nguồn giống nhau mắc song song thì:

    + Nếu mắc hỗn hợp đối xứng gồm m dãy, mỗi dãy có n nguồn thì:

Quảng cáo

Ví dụ 1: Đèn 3V – 6W mắc vào hai cực acquy (E = 3V, r = 0,5Ω). Tính điện trở đèn, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và công suất tiêu thụ của đèn.

Hướng dẫn:

Điện trở của đèn: 

Cường độ dòng điện qua đèn: 

Hiệu điện thế của đèn: U = IR = 1,5.1,5 = 2,25V.

Công suất tiêu thụ của đèn: P = RI2 = 1,5.1,52 = 3,375W.

Ví dụ 2: Hai điện trở R1 = 2Ω, R2 = 6Ω mắc vào nguồn (E, r). Khi R1, R2 nối tiếp, cường độ trong mạch IN = 0,5A. Khi R1, R2 song song, cường độ mạch chính IS = 1,8A. Tìm E, r.

Hướng dẫn:

– Khi [R1 nt R2] ⇒ RN = R1 + R2 = 2 + 6 = 8Ω

– Khi [R1 // R2]

Từ (1) và (2), suy ra: 

Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình. Biết nguồn điện có suất điện động E = 12V và có điện trở trong r = 1Ω, các điện trở R1 = 10Ω, R2 = 5Ω và R3 = 8Ω.

a) Tính tổng trở RN của mạch ngoài.

b) Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn điện và hiệu điện thế mạch ngoài U.

c) Tính hiệu điện thế U1 giữa hai đầu điện trở R1.

d) Tính hiệu suất H của nguồn điện.

Quảng cáo

Hướng dẫn:

a) RN = R1 + R2 + R3 = 23Ω

b) UN = I.RN = 0,5.23 = 11,5V

c) U1 = I.R1 = 0,5.10 = 5 V

Ví dụ 4: Có mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện điện E = 12V và có điện trở trong r = 0,5 Ω. Các điện trở mạch ngoài R1 = 4,5Ω, R2 = 4Ω, R3 = 3Ω. Hãy tìm số chỉ của ampe kếhiệu suất của nguồn điện khi

a) K mở.

b) K đóng.

Hướng dẫn:

a) Khi K mở mạch gồm R1 nối tiếp R2 nối tiếp R3: Rtđ = R1 + R2 + R3 = 11,5Ω

b) Khi khóa K đóng, A và B cùng điện thế nên chập A, B, mạch điện vẽ lại như hình

Rtđ = R1 + R2 = 7,5Ω

Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện có suất điện động E = 9V và điện trở trong r = 1Ω. Các điện trở mạch ngoài R1 = R2 = R3 = 3Ω, R4 = 6Ω.

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở và hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở.

b) Tính hiệu điện thế giữa hai điểm C và D.

c) Tính hiệu điện thế 2 đầu nguồn điện và hiệu suất của nguồn điện.

Hướng dẫn:

a) Ta có: R23 = R2 + R3 = 6Ω

Rng = RAB + R4 = 8Ω;

U4 = I4.R4 = 6(V)

UAB = I.RAB = 2(V) ⇒ U1 = U23 = 2(V)

b) Hiệu điện thế giữa hai điểm C và D: UAB = U3 + U4 = 1 + 6 = 7(V)

c) Hiệu điện thế hai đầu nguồn: U = E - Ir = 9 - 1 = 8V

Hiệu suất của nguồn: 

Ví dụ 6: Cho mạch điện như hình: E = 12 V, r = 1 Ω, R1 = R2 = 4 Ω, R3 = 3 Ω, R4 = 5 Ω.

a) Tìm điện trở tương đương mạch ngoài.

b) Tìm cường độ dòng điện mạch chính và UAB.

c) Tìm cường độ dòng điện trong mỗi nhánh và UCD.

Hướng dẫn:

a) Ta có:

b) UAB = I.Rng = 9,6V

c) Do R12 và R34 bằng nhau, mà chúng mắc song song nên: