Lý thuyết Nguồn điện – Vật lí 11 Kết nối tri thức

Lý thuyết Vật lí 11 Bài 24: Nguồn điện 

A. Lý thuyết Nguồn điện 

I. Nguồn điện. Suất điện động của nguồn điện

1. Điều kiện để duy trì dòng điện

- Hai quả cầu kim loại A và B giống nhau, quả cầu A mang điện tích +q và quả cầu B mang điện tích -q.

- Hiệu điện thế U_AB = V_A-V_B khiến các electron tự do dịch chuyển từ quả cầu B sang quả cầu A tạo thành dòng điện trong mạch.

- Dòng điện này chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn, khi V_A = V_B thì không còn tồn tại dòng điện trong mạch.

2. Nguồn điện

- Nguồn điện tạo và duy trì hiệu điện thế, 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.

- Để tạo ra các cực, trong nguồn điện phải có lực tách electron ra khỏi nguyên tử và chuyển chúng ra khỏi mỗi cực.

- Việc tách electron ra khỏi nguyên tử không phải do lực điện thực hiện mà do các lực lạ.

3. Suất điện động của nguồn điện

- Khi nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn tạo thành mạch kín, trong mạch có dòng điện do sự dịch chuyển của các electron tự do từ cực âm đến cực dương.

- Bên trong nguồn điện, các hạt tải điện dương lại dịch chuyển từ cực âm đến cực dương dưới tác dụng của lực lạ.

- Suất điện động ℰ của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện, 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: ℰ = A/q.

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

- Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó và 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

- Trong mạch điện kín, dòng điện chạy qua mạch ngoài và bên trong nguồn điện.

- Mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động ℰ và điện trở trong r của nguồn.

- Hiệu điện thế giữa hai đầu của nguồn trong mạch kín luôn nhỏ hơn suất điện động của nguồn do nguồn điện đều có điện trở trong.

- Nguyên nhân quan trọng nhất của hiệu ứng này là điện trở trong của nguồn điện.

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

- Để tưởng tượng nguồn điện lí tưởng, ta có thể tách điện trở trong ra bên ngoài nguồn.

- Khi mắc nguồn điện với mạch ngoài bởi điện trở R, điện trở của mạch gồm điện trở mạch ngoài R nối tiếp với điện trở trong r.

- Nguồn điện đã thực hiện công A trong khoảng thời gian t và nhiệt lượng toả ra ở điện trở ngoài R và điện trở trong r được tính bằng công thức Q = RI²t + rl²t.

- Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch phải bằng năng lượng do nguồn điện cung cấp, nên ℰ = IR + Ir.

- Độ giảm thể trên đoạn mạch được gọi là tích số của cường độ dòng điện với điện trở của đoạn mạch.

- Suất điện động của nguồn điện bằng tổng các độ giảm thể ở mạch ngoài và mạch trong, có thể tính bằng công thức ℰ = U + Ir với U = IR là hiệu điện thế mạch ngoài.

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

Sơ đồ tư duy về “Nguồn điện”

 

B. Bài tập Nguồn điện

Câu 1. Cho mạch điện như hình vẽ.

Suất điện động E = 28V, điện trở trong r = 2Ω, R = 5Ω. Độ lớn của cường độ dòng điện trong mạch chính là

A. 2 A

B. 3 A

C. 4 A

D. 5 A.

Hiển thị đáp án

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: $I=\frac{\text{E}}{r+R}=\frac{28}{2+5}=4$(A)

Đáp án đúng là C.

Câu 2. Một acquy có suất điện động là 12V, sinh ra công là 720 J khi dịch chuyển điện tích ở bên trong. Điện lượng mà acquy đã dịch chuyển:

A. 60 C

B. 6 C

C. 600 C

D. 0,06 C.

Hiển thị đáp án

Công thức xác định suất điện động của nguồn là $\text{E}=\frac{A}{q}\Rightarrow q=\frac{A}{\text{E}}=\frac{720}{12}=60$C.

Đáp án đúng là A.

Câu 3. Theo định luật Ôm cho toàn mạch thì cường độ dòng điện cho toàn mạch

A. tỉ lệ nghịch với suất điện động của nguồn.

B. tỉ lệ nghịch điện trở trong của nguồn.

C. tỉ lệ nghịch với điện trở ngoài của nguồn.

D. tỉ lệ nghịch với tổng điện trở trong và điện trở ngoài.

Hiển thị đáp án

Biểu thức định luật Ôm đối với toàn mạch là $I=\frac{\text{E}}{r+R}$, vậy cường độ dòng điện trong toàn mạch tỉ lệ nghịch với tổng điện trở trong và điện trở ngoài.

Đáp án đúng là D

Câu 4. Cho một mạch điện gồm một pin 1,5 V có điện trở trong 0,5 Ω nối với mạch ngoài là một điện trở 4,5 Ω. Cường độ dòng điện trong toàn mạch là

A. 0,3 A.                     

B. 0,25 A.                   

C. 0,5 A.                     

D. 3 A.

Hiển thị đáp án

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch $I=\frac{\text{E}}{r+R}=\frac{\mathrm{1,5}}{\mathrm{0,5}+\mathrm{4,5}}=\mathrm{0,3}$(A)

Đáp án đúng là A

Câu 5. Trong một mạch kín mà điện trở ngoài là 10 Ω, điện trở trong là 1 Ω có dòng điện là 0,5 A. Hiệu điện thế 2 đầu nguồn và suất điện động của nguồn là

A. 11 V và 10 V.          

B. 10 V và 11 V.           

C. 5,5 V và 5 V.           

D. 5 V và 5,5 V.

Hiển thị đáp án

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch

$I=\frac{\text{E}}{r+R}\Rightarrow \text{E}=I.(r+R)=\mathrm{0,5.}(10+1)=\mathrm{5,5}$(V).

Hiệu điện thế hai đầu nguồn điện là $U=\text{E}–I.r=\mathrm{5,5}–\mathrm{0,5.1}=5V$

Đáp án đúng là D

Câu 6. Suất điện động của một acquy là 3V, lực lạ đã thực hiện một công là 6 mJ. Lượng điện tích dịch chuyển khi đó là

A. 18.10^–3 C

B. 2.10^–3 C

C. 0,5.10^–3 C

D. 1,8.10^–3 C.

Hiển thị đáp án

Áp dụng công thức $\text{E}=\frac{A}{q}\Rightarrow q=\frac{A}{\text{E}}=\frac{{6.10}^{-3}}{3}={2.10}^{-3}C$

Đáp án đúng là B.

Câu 7. Một acquy có suất điện động là 12V, sinh ra công là 720 J khi dịch chuyển điện tích ở bên trong. Biết thời gian dịch chuyển lượng điện tích này là 5 phút. Cường độ dòng điện chạy qua acquy khi đó là

A. I = 1,2 A

B. I = 2 A

C. I = 0,2 A

D. I = 12 A.

Hiển thị đáp án

Ta có A = E.q = E.I.∆t$\Rightarrow I=\frac{A}{\text{E}.\Delta t}=\frac{720}{\mathrm{12.5.60}}=\mathrm{0,2}$A.

Đáp án đúng là C.

Câu 8. Hai điện cực trong pin điện hóa gồm

A. hai vật dẫn điện khác bản chất

B. hai vật dẫn điện cùng bản chất

C. hai vật cách điện cùng bản chất

D. một vật dẫn điện, một vật cách điện.

Hiển thị đáp án

Hai điện cực trong pin điện hóa là hai vật dẫn điện có bản chất hóa học khác nhau.

Ví dụ như pin Volta có một cực bằng kẽm, một cực bằng đồng.

Đáp án đúng là A.

Câu 9. Công của nguồn điện là

A. lượng điện tích mà nguồn điện sinh ra trong 1 s.

B. công của lực lạ làm dịch chuyển điện tích bên trong nguồn.

C. công của dòng điện trong mạch kín sinh ra trong 1 s.

D. công của dòng điện khi dịch chuyển một điện tích dương trong mạch kín.

Hiển thị đáp án

Công của nguồn điện là công của lực lạ làm dịch chuyển điện tích bên trong nguồn.

Đáp án đúng là B.

Câu 10. Suất điện động của nguồn điện một chiều là E = 4 V. Công của lực lạ làm dịch chuyển một lượng điện tích q = 6 mC giữa hai cực bên trong nguồn điện là

A. 1,5 mJ

B. 6 mJ

C. 24 J

D. 4 J.

Hiển thị đáp án

Áp dụng công thức xác định suất điện động của nguồn

$\text{E =}\frac{A}{q}\Rightarrow A=\text{E}.q={\mathrm{4.6.10}}^{-3}={24.10}^{-3}J$

Đáp án đúng là C

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Vật lí 11 sách Kết nối tri thức, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 21: Tụ điện

Lý thuyết Bài 22: Cường độ dòng điện

Lý thuyết Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

Lý thuyết Bài 25: Năng lượng và công suất điện

Lý thuyết Bài 26: Khúc xạ ánh sáng