Giải SGK Vật Lí 11 (Kết nối tri thức) Bài 24: Nguồn điện

Giải Vật Lí 11 Bài 24: Nguồn điện

Khởi động trang 102 Vật Lí 11: Ta đã biết nguồn điện có khả năng cung cấp năng lượng điện để tạo ra dòng điện sử dụng trong đời sống. Vậy nguồn điện là gì? Vì sao nguồn điện có thể tạo ra dòng điện?

Lời giải:

- Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Mỗi nguồn điện đều có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-).

- Nguồn điện có thể tạo ra dòng điện là vì bên trong nguồn điện ở hai cực có sự chênh lệch về điện tích, xuất hiện lực lạ tách các electron ra khỏi nguyên tử ở mỗi cực và di chuyển chúng đến các cực còn lại.

I. Nguồn điện. Suất điện động của nguồn điện

Câu hỏi trang 102 Vật Lí 11: Tại sao dòng điện trong trường hợp mô tả ở Hình 24.1 chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn? Làm thế nào để duy trì dòng điện trong trường hợp này lâu dài?

Lời giải:

- Dòng điện mô tả ở hình trên chỉ tồn tại trong thời gian ngắn vì sau một khoảng thời gian, điện tích dịch chuyển ở hai quả cầu gần như trung hòa, nên điện thế V_A = V_B, dẫn đến không có sự chênh lệch điện thế. Dòng điện gần như bằng 0.

- Để duy trì dòng điện phải tạo ra được sự chênh lệch điện thế giữa A và B bằng cách điện tích giữa A và B phải có sự khác nhau.

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

Câu hỏi trang 104 Vật Lí 11: Khi dùng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện thì số chỉ trên vôn kế và số vôn ghi trên nhãn của nguồn điện có mối liên hệ như thế nào? Điều đó cho biết có gì tồn tại bên trong của nguồn điện?

Lời giải:

Số chỉ vôn kế đo được sẽ có sự chênh lệch so với số vôn ghi trên nhãn của nguồn điện (cụ thể là số chỉ vôn kế nhỏ hơn so với số chỉ trên nhãn).

Điều đó cho biết bên trong nguồn điện tồn tại điện trở trong.

Câu hỏi trang 104 Vật Lí 11: 1. Mô tả ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

2. So sánh suất điện động và hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.

3. Trường hợp nào thì hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E của nguồn?

Lời giải:

1. Điện trở trong gây ra độ giảm thế ở mạch trong, làm hiệu điện thế giữa hai cực nhỏ hơn so với suất điện động ban đầu của nguồn điện.

2. Suất điện động lớn hơn hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.

3. Trong trường hợp điện trở trong rất nhỏ hoặc bằng 0 thì khi đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nguồn.

Câu hỏi trang 105 Vật Lí 11: Vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình?

Lời giải:

- Khi điện trở mạch ngoài không đáng kể hoặc bằng 0 thì cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín đạt giá trị lớn nhất.

- Mạng điện ở gia đình thường có hiệu điện thế lớn (220V), do đó khi bị đoản mạch thì cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn điện và các thiết bị điện rất lớn sẽ làm hư hỏng thiết bị và thậm chí gây cháy nổ các thiết bị đó dẫn đến gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

Bài 1 trang 195 Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 24.5. Suất điện động E = 10 V, bỏ qua điện trở trong của nguồn. Các giá trị điện trở R₁ = 20$\Omega$; R₂ = 40$\Omega$, R₃ = 50$\Omega$.

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua điện trở R₁.

b) Tính cường độ dòng điện I chạy qua mạch chính.

Lời giải:

a) Do bỏ qua điện trở trong của nguồn nên suất điện động của nguồn bằng hiệu điện thế mạch ngoài: U = 10 V

Do ba điện trở mắc song song nên:  U₁ = U₂ = U₃ = U = 10V

Cường độ dòng điện chạy qua R₁ là: $I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{10}{20}=\mathrm{0,5}A$

b) Ta có ba điện trở R₁ // R₂ // R₃ nên điện trở tương đương mạch ngoài là $\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}=\frac{1}{20}+\frac{1}{40}+\frac{1}{50}\Rightarrow R_N=\frac{200}{19}\Omega$

Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính: $I=\frac{\text{E}}{R_N}=\frac{10}{\frac{200}{19}}=\mathrm{0,95}A$

Bài 2 trang 105 Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 24.6. Các giá trị điện trở R₁ = 3$\Omega$, R₂ = 4$\Omega$và R₃ = 6$\Omega$. Suất điện động của nguồn E = 12 V, điện trở trong của nguồn r = 0,6$\Omega$.

a) Tính điện trở của đoạn mạch AB.

b) Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở R₁, R₂, R₃ và hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.

Lời giải:

a) Mạch ngoài có (R₂ // R₃) nt R₁.

Điện trở mạch ngoài AB: $R_N=R_1+\frac{R_2.R_3}{R_2+R_3}=3+\frac{4.6}{4+6}=\mathrm{5,4}\Omega$

b) Cường độ dòng điện qua mạch chính: $I=\frac{\text{E}}{R_N+r}=\frac{12}{\mathrm{5,4}+\mathrm{0,6}}=2A$

Cường độ dòng điện qua điện trở R₁: I₁ = I = 2A $\Rightarrow U_1=I_1{R}_1=2.3=6V$

$U_2=U_3=U_{23}=U-U_1=I.R_N-I_1{R}_1=\mathrm{2.5,4}-2.3=\mathrm{4,8}V$

Cường độ dòng điện qua R₂, R₃:

$I_2=I_3=\frac{U_{23}}{R_{23}}=\frac{U_{23}}{\frac{R_2.R_3}{R_2+R_3}}=\frac{\mathrm{4,8}}{\frac{4.6}{4+6}}=2\text{\hspace{0.17em}}A$

Em có thể trang 105 Vật Lí 11: Mô tả được ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện.

Lời giải:

Điện trở trong gây ra độ giảm thế ở mạch trong, làm hiệu điện thế giữa hai cực nhỏ hơn so với suất điện động ban đầu của nguồn điện.

Em có thể trang 105 Vật Lí 11: Xác định được cường độ dòng điện, điện trở trong của pin mặt trời.

Lời giải:

Dựa vào thông số trên tấm pin mặt trời hoặc tính cường độ dòng điện, điện trở trong của pin mặt trời theo công thức:

$I=\frac{\text{E}}{R_N+r}$

$r=\frac{\text{E - }I.R_N}{I}$

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 21: Tụ điện

Bài 22: Cường độ dòng điện

Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

Bài 25: Năng lượng và công suất điện

Bài 26: Thực hành: Đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hoá