Bài giảng Vật lý đại cương - Chương: Mạch điện dòng một chiều

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương: Mạch điện dòng một chiều

1. Mạch điện dòng một chiều
2. 1. Dòng điện không đổi 1.1. Bản chất dòng điện: dòng các hạt điện chuyển động có h−ớng, chiều của hạt r d−ơng E - + + + -e - - - e + - - -e + - + e + - +e + - - - - I Trong kim Trong dung Trong chất loại dịch điện phân khí Trong Chõn khụng, chấtbỏndẫn?
3. 1.2. Những đại l−ợng đặc tr−ng: •C−ờngđộdòngđiện= điện l−ợng qua S/s dq t t I = q= dq∫ = ∫ Idt = 1C=1A.1s It dt 0 0 • Véc tơ mật độ dòng điện r tai điểm M có gốc tại M, M J chiều chuyển động hạt dSn d−ơng, giá trị r r dI dI = JdSn = JdS J = A/m2 r r dS I = dI = JdS n ∫ ∫ S S
4. ống òngd điện: n0, |e|, v , dSn r v Số hạt điện đi qua dSn trong + r + J một đơn vị thời gian: dSn dn n= 0 ( v n dS ) dI | e |= dn |= e |0 n ( n v dS ) J dI= / dSn= 0 n | e | v r J= n er v 0 r Dòng nhiều oại hạt:l r J= ∑ n0 i e i i v i
5. 1.3 Định luật Ohm đối với một đoạn mạch điện trở thuần I=(V1 -V2)/R r B Độ dẫn của đoạn mạch: A E r g=1/R I •Điệntrởvμ điện trở suất: V1 >V2 Thứ nguyên:Ω=V/A R=(V1 -V2)/I R=ρl/Sn ΔR Phụ thuộc của điện trở vμo nhiệt độ: α = o RT=R0(1+α.ΔT). Tại 20 C RTΔ ρ106Ωm α103K-1 RT Điện trở tại nhiệt độ T R Điện trở tại nhiệt độ T Ag 0,016 3,8 0 0 Al 0,027 4,7 ΔT=T-T . 0 Cu 0,017 3,9
6. • Dạng vi phân định luật V V+dV Ohm r r E dSn dI=[V-(V+dV)]/R=-dV/R J R=ρdl/dSn dl dI 1 dV J= = (− ) JE= σ dS ρ dl n r r JE= σ Tại một điểm bất kì có dòng điện chạy qua véc tơ mật độ dòng điện tỷ lệ với véctơ c−ờng độ điện tr−ờng tại điểm đó.
7. 2. Mạch điện một chiều 2.1. Suất điện động - -C + • Nguồn điện: Duy trì cực - d−ơng, âm + → Đẩy điện tích âm từ cực d−ơng sang cực âm vμ đẩyđiệntíchd−ơng từ cực âm sang cực d−ơng.  Đây không phải lực tĩnh điện! =>Lực lạ đẩy điện tích trong nguồn: T−ơng tác phân tử, cảm ứng điện từ, lực điện từ => Tr−ờng lạ
8. • Suất điện động của nguồn điện: lμ đại l−ợng có giá trị bằng công của lực điện tr−ờng dịch chuyển điện tích +1 một vòng quanh mạch kín của nguồn đó. r r ζ =A / q A= q∫ ( E + * rsd) E r C E Véc tơ c−ờngđộtr−ờng tĩnh điện r E* Véc tơ c−ờngđộđiệntr−ờng lạ r r r * r r Aζ / = q = E∫∫ d s + EE∫ d d sr s= 0 CC C
9. Suất điện động của nguồn điện: lμ đại l−ợng có giá trị bằng công của lực điện tr−ờng lạ dịch chuyển điện tích +1 một vòng quanh mạch kín của nguồn đó. r ² Suất điện động của nguồn ζ =E∫ * dr s điện =L−u số của tr−ờng lạ C - + Trong pin tại bề mặt điện cực có hiệu thế nhảy vọt: SĐĐ trong pin=tổng các v ΔV hiệu điện thế nhảy vọt ΔV ΔV
10. 2. 2 Định luật Kirchhoff ‚ Định luật: Tổng hiệu điện thế của toμnmạch kín bằng không ∑ΔV =∑ Ui = 0 Mạch kínMạch kín Hiệu điện thế=sự thay đổi điện thế từ • Nguồn: điểm nμy tới điểm kia Chiều dịch chuyển Chiều dịch chuyển a - b + a - + b Uab=Vb-Va=+ζ Uba=Va-Vb=-ζ •Tụ a - + b a - + b Uab= Vb-Va=+ Q/C Uba= Va-Vb=- Q/C
11. •Điệntrở a b a b I R I R Uab= Vb-Va=-IR Uba= Va-Vb=+IR •Mạch: U1 U2 I I3 1 Định luật Kirchhoff U3 U7 đối với tổng hiệu điện U 4 thế trên toμn mạch kín I2 I4 U6 U5 -U1-U2-U3+ U4+ U5+U6+U7 =0
12. Thí dụ: R3=3Ω ξ1-Ir1-Ir2- ξ2-IR3-IR4=0 r2=0,1Ω r1=0,4Ω + ξ 1 I= (ξ - ξ )/(r +r +R +R ) =6V 1 2 1 2 3 4 = 2 - 1 -+ ξ =6V/13,5 Ω≈0,4A 2 V I R4=10Ω V R3 r1 + ξ 1 r2 - + ξ 2 R4 -
13. ƒ Định luật Kirchhoff về tổng dòng điện đối với nút mạch: Tổng dòng điện tại một nút mạch I2 bằng không. I1 Lấy chiều vμo nút lμ chiều d−ơng: O I3 −I −1 I 2 + I 3 − I 4 + I 5 ∑ =i I 0 = i tạiO I5 I4 Bμi tập: 1. Tính R3 2.Tìm dòng trong mạch: ξ1=6V;ξ2=12V I3=0.1A + - + - R1=5Ω R2=20Ω + ξ R2=10Ω V 1 + = 6 3 I = 3 R 2 - V 3 R =80Ω ξ - R1=100Ω 3
14. „ Mạch RC: • óngĐ khoá K, tụ C đ−ợc nạp t=0 R Khi ãđ ãob hoμ: + ζ=Q0/C ζ C - Khi đang nạp, áp dụng định luật Kirchhoff: Q ζ −IR −0 = C dQ Q dQ ζ −R −0 = RC = dt dt C CQζ − t t − dQ ζ − Q= C ζ ( 1 − RC e )I= = e RC dt R
15. • Quy luật thay đổi dòng I trong mạch khi nạp điện ζ Dòng giảm khi R tụ đ−ợc nạp cho tụ: t ζ − ζ I = e RC 0 , 37 R R t τ=RC Q điện tích tăng • Quy luật thay đổi điện khi tụ nạp tích trên bản tụ khi nạp 0,95Cζ điên cho tụ: 0,63Cζ t − τ=3RC Q= C ζ ( 1 − RC e ) t τ=RC
16. • Tụ phóng điện qua điện trở ủac mạch R áp dụng định luật Kirchhoff cho I + + mạch kín C Q dQ −IR +0 = I= − C dt dQ Q + =0 dQ dt = − dt RC Q RC I Điện tích giảm khi t − Q0 tụ phóng điện RC Q= Q0 e t 0 , 370 Q dQ Q − =I = −0 e RC t dt RC τ=RC
17. •Năngl−ợng của mạch RC: Năng l−ợng toμn phần do pin cung cấp: Theo định nghĩa suất điện động: W= ζ .( C ζ ) =2 C ζ ζ=A/Q0 ; Wpin=A; Q0= Cζ pin Cζ2 Năng l−ợng nạp vμotụ: W = C 2 Năng l−ợng toả trên điện trở: ∞ 2 ∞ t2 ζ − W= I2 Rdt = eRC dt R ∫ ∫ 0 R 0 2 t2 2 ζ RC − Cζ = (− eRC )∞ | = R 2 0 2 Wpin = WC + QR
18. Bμi tập: 1. Tính R3 Với I3=0.1A theo 2 chiều R1=5Ω R2=20Ω + ξ V 1 + = 6 3 I = 3 R 2 - V 3 ξ -
19. 2.Tìm dòng trong mạch: ξ =6V;ξ =12V I1=I2+I3 +1 - + -2 I R2 2 (+ I 2+ I 3 )− 1 Rζ = 1 0 R2=10Ω − ζ2I + R 3 3 I − 2 R 2 = 0 R =100Ω I R =80Ω 1 2 3 2ζ +IR 2 2 I3 = I1 I3 R 3 R1 I(RR)(IR)2+ 2 + 1 2 + 2 ζ 2 −1 0 ζ = R 3 − 2ζ R 1+ ζ 1 I2 = = 0 RRRRRR1 2+ 3 1 + 3 2