BÀI 3. NGUỒN ĐIỆN, NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN

MỞ ĐẦU

Nếu gắn mỗi đầu của một vật dẫn vào một bản của tụ điện đã tích điện thì chỉ có dòng điện chạy qua vật dẫn trong một khoảng thời gian rất ngắn. Nhưng nếu gắn mỗi đầu của cùng một vật dẫn đó vào một cực của pin hoặc acquy thì dòng điện được duy trì lâu hơn nhiều.

Vì sao lại như vậy? Làm thế nào để duy trì được dòng điện tích dịch chuyển có hướng qua một vật dẫn?

Đáp án chuẩn:

Cần duy trì giữa hai đầu của nó một hiệu điện thế.

I. NGUỒN ĐIỆN

CH 1. Một đèn mắc nối tiếp với một pin như Hình 3.3. Nêu sự biến đổi năng lượng xảy ra trong pin và trong đèn khi đóng khoá K.

Đáp án chuẩn:

Khi đóng khoá K, năng lượng từ pin được chuyển hoá một phần sang cho đèn làm cho đèn phát sáng.

CH 2. Từ biểu thức 3.1, chứng minh suất điện động có cùng đơn vị với hiệu điện thế.

Đáp án chuẩn:

A=qE nên suất điện động có đơn vị giống với đơn vị của hiệu điện thế.

LT 1. Nêu điểm giống và khác nhau giữa suất điện động của nguồn điện và hiệu điện thế giữa hai điểm trong mạch điện.

Đáp án chuẩn:

* Giống nhau: đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công.

* Khác nhau:

Suất điện động đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện.

Hiệu điện thế đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường tạo ra bởi nguồn điện.

CH 3. Nối mỗi cực của một pin với mỗi cực của một vôn kế có điện trở rất lớn. Số chỉ của vôn kế có ý nghĩa gì?

Đáp án chuẩn:

Số chỉ của vôn kế cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu của pin.

CH 4. Mô tả ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

Đáp án chuẩn:

Điện trở trong càng lớn thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn càng nhỏ và ngược lại.

CH 5. Trong trường hợp nào, hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nó?

Đáp án chuẩn:

Điện trở trong bằng 0 hoặc rất rất nhỏ.

LT 2. Cho mạch điện như Hình 3.6

Khi mạch hở, vôn kế chỉ 13,0 V. Khi mạch kín, vôn kế chỉ 12,0 V và cường độ dòng điện qua đèn là 3,0 A.

Biết vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm suất điện động và điện trở trong của pin

Đáp án chuẩn:

U_V1 = E = 13V

r = 1/3

CH 6. Trong trường hợp đoạn mạch chỉ có điện trở R, phần năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ biến đổi hoàn toàn thành năng lượng nhiệt. Suy luận biểu thức tính công suất toả nhiệt trên điện trở khi có dòng điện với cường độ I chạy qua.

Đáp án chuẩn:

Q = A ⇒ I²Rt = Pt  => P_hp = I²R

LT 3. Tính công suất điện hao phí dưới dạng nhiệt trên một dây cáp dài 15 km dẫn dòng điện có cường độ 100 A. Biết điện trở trên một đơn vị chiều dài của dây cáp này là 0,20 /km.

Đáp án chuẩn:

30000J

LT 4. Giải thích tại sao khi điện thoại sắp hết pin, bạn nên giảm độ sáng của màn hình.

Đáp án chuẩn:

Vì màn hình là một trong những thứ tốn điện nhiều nhất để tiết kiệm năng lượng điện còn lại trong pin.

III. ĐO SẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA PIN

CH 7. Vì sao có thể xác định điện trở trong bằng biểu thức: r = ΔU/ΔI

Đáp án chuẩn:

Ta có:  =>

LT 5. Một acquy ô tô 12 V cung cấp dòng điện có cường độ 5 A trong thời gian 2,0 giờ. Năng lượng mà acquy cung cấp trong thời gian này là bao nhiêu jun?

Đáp án chuẩn:

432 000 J

LT 6. Cho mạch điện như Hình 3.8. Con chạy ở vị trí C, chia điện trở R thành R = R_AC + R_CB.

Tìm biểu thức liên hệ giữa số chỉ của vôn kế, ε,  R_AC và R_CB   

Đáp án chuẩn:

I = ε / (R_AC+R_CB+r)

U_V = U_AC = I.R_AC = ε / ( R_AC+R_CB+r).R_AC

Vận dụng. Cho các dụng cụ:

02 đồng hồ đo điện đa năng

02 pin 1,5 V

01 điện trở 10 Ω

01 biến trở 100 Ω

Dây nối; công tắc; bảng để lắp mạch điện.

Thảo luận để lựa chọn phương án và thực hiện phương án, đo suất điện động và điện trở trong của pin

Đáp án chuẩn:

Bước 1: Chuẩn bị mạch

Sử dụng 01 biến trở 100 Ω để hiệu chỉnh dòng điện cho mạch đo; 01 điện trở 10 Ω để đo điện áp qua pin;  02 đồng hồ đo điện đa năng để đo dòng điện và điện áp trong mạch.

Bước 2: Thực hiện đo

- Bật công tắc và đợi mạch ổn định.

- Ghi lại giá trị đo, sau đó tính toán suất điện động và điện trở của pin: 

  EMF = điện áp đo được trên pin; r=ΔV/ΔI