Công thức tính hiệu điện thế mạch ngoài

Trả lời đúng nhất: Công thức tính hiệu điện thế mạch ngoài được tính bằng công thức sau:

Trong đó:

U_N: hiệu điện thế của mạch ngoài (V)

I: cường độ dòng điện (A)

R_N: điện trở tương đương của mạch ngoài (Ω)

r: điện trở trong của nguồn (Ω)

Từ công thức tính hiệu điện thế mạch ngoài ở trên, để có thể tính được hiệu điện thế mạch ngoài, chúng ta cần nắm thêm được một số chỉ tiêu sau đây.

1. Định luật Ôm

a. Khái niệm của định luật Ôm

Định luật Ôm hay Ohm là định luật vật lý liên quan đến sự phụ thuộc của cường độ dòng điện với hiệu điện thế và điện trở. Định luật này được phát hiện bởi nhà vật lý học người Đức Georg Simon Ohm vào những năm mà thế giới vẫn chưa có Ampe kế và Vôn kế. Chỉ bằng những công cụ thô sơ và tài năng của mình, ông đã nghiên cứu và chính thức công bố định luật Ôm vào năm 1827. Tuy nhiên, mãi cho đến 49 năm sau, người ta mới công nhận được tính đúng đắn của định luật Ôm và áp dụng nó vào nghiên cứu cũng như học tập.

b. Nội dung định luật của định luật Ôm

Cường độ dòng điện khi chạy qua 2 điểm của vật dẫn điện sẽ luôn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đi qua 2 điểm đó và cường độ dòng điện sẽ tỉ lệ nghịch với điện trở của vật dẫn điện đó.

Chúng ta có biểu thức thể hiện định luật sau:

R = U / I

Trong đó:

I sẽ là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (đơn vị là A)

U sẽ là điện áp trên vật dẫn (đơn vị là V)

R sẽ là điện trở (đơn vị là ôm)

Trong định luật trên, điện trở R là hằng số và không phụ thuộc vào cường độ của dòng điện.

>>> Xem thêm: Bài tập định luật ôm cho đoạn mạch chứa nguồn

2. 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:

U_N = U_o = 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:

U_N  = U_AB = I_RN                       (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 = U_N + aI = I(R_N + 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(R_N + r) = I_RN + Ir           

 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 trên, suy ra: U_N= I_RN = ξ – Ir            

I  = ξ/ (RN + r)                        

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.

3. Bài tập ví dụ về hiệu điện thế mạch ngoài

Bài tập 1:

- Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6 V và có điện trở trong r = 2Ω, các điện trở R₁= 5Ω, R₂ = 10Ω và R₃= 3 Ω.

a) Tính điện 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.

- Hướng dẫn giải

a) Điện trở mạch ngoài là RN = 18 Ω.

b) Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, tính được dòng điện mạch chính chạy qua nguồn điện

đương của mạch ngoài này là I = 0,3 A.

Từ đó tính được hiệu điện thế mạch ngoài là U = 5,4 V.

c) Áp dụng định luật Ôm, tính được U1 = 1,5 V.

Bài tập 2:

- Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12,5 V và có điện trở trong r = 0,4 Ω; bóng đèn Đ₁ có ghi số 12V – 6W ; bóng đèn Đ₂ loại 6 V – 4,5 W; R_b là một biến trở.

a) Chứng tỏ rằng khi điều chỉnh biến trở R_b có trị số là 8 Ω thì các đèn Đ₁ và Đ₂ sáng bình thường.

b) Tính công suất P_ng và hiệu suất H của nguồn điện khi đó.

- Hướng dẫn giải

a) Để các đèn sáng bình thỖờng thì hiệu điện thế mạch ngoài phải là U= 12 V. Áp dụng định luật Ôm, ta tìm được dòng điện chạy qua nguồn điện có cường độ I = 1,25 A.

Từ đó suy ra dòng điện chạy qua mỗi đèn có cường độ đúng bằng cường độ định mức I₁ = 0,5 A; I2 = 0,75 A. Vậy các đèn sáng bình thường.

b) Công suất của nguồn điện khi đó là Png=15,625 W.

Hiệu suất là H = 0,96 = 96%.

----------------------

Hiệu điện thế là một trong những kiến thức khó của bộ môn Vật lí 11. Qua bài viết này, mong rằng các bạn sẽ bổ sung thêm được cho mình thật nhiều kiến thức và học tập thật tốt nhé! Cảm ơn các bạn đã theo dõi và đọc bài viết!