Lý thuyết Nguồn điện - Vật Lí 11 Kết nối tri thức

BÀI 24: 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”