Với loạt bài Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn Vật Lí lớp 11 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí 11. Bài viết Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức – Đơn vị đo, Mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn Vật Lí 11. Hãy tham khảo với onthihsg nhé.
Video công thức tính suất điện động lớp 11
Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn hay nhất
1. Định nghĩa
– Có thể ghép nhiều nguồn thành bộ (bộ nguồn điện) theo một trong các cách dưới đây
– Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn được ghép nối tiếp với nhau, cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp như sơ đồ sau:
Hoặc
+ Suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn có trong bộ. ξb = ξ1 + ξ2 + ξ3 +….+ξn
+ Điện trở trong rb của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ. rb = r1 + r2 + … + rn.
+ Bộ nguồn song song là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau, trong đó nối cực dương của các nguồn vào cùng một điểm A và nối cực âm của các nguồn vào cùng một điểm B như sau:
Khi đó suất điện động của bộ nguồn bằng suất điện động ξ của mỗi nguồn và điện trở trong rb của bộ nguồn ghép song song nhỏ hơn n lần so với điện trở trong của mỗi nguồn. Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là:
2. Công thức – Đơn vị đo
– Suất điện động của bộ và điện trở trong của bộ nguồn nối tiếp tính như sau:
ξb = ξ1 + ξ2 + ξ3 +….+ξn
rb = r1 + r2 + … + rn.
Trong đó:
+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ ξ1; ξ2; … là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
+ r1; r2; … là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
Trường hợp có n nguồn giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động ξ và điện trở trong r ghép nối tiếp:
ξb = nξ ; rb = nr.
Trong đó:
+ n là số nguồn của bộ nguồn ghép nối tiếp,
+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ ξ là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
+ r là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
– Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn mắc song song khi có n nguồn giống nhau mỗi nguồn có suất điện động ξ và điện trở trong r là:
Trong đó:
+ n là số nguồn của bộ nguồn ghép song song,
+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ ξ là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
+ r là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
3. Mở rộng suất điện động của nguồn điện được tính bằng công thức ?
Có thể kết hợp hai cách mắc nguồn điện song song và nối tiếp thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng. Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm n dãy ghép song song, mỗi dãy gồm m nguồn điện giống nhau ghép nối tiếp như sơ đồ sau
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn hỗn hợp đối xứng là
Trong đó:
+ m là số nguồn trên một dãy nối tiếp, n là số dãy song song.
+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ ξ là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);
+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
+ r là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);
Tóm tắt lý thuyết Suất điện động
I – Suất điện động cảm ứng trong mạch kín
Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức suất điện động của nguồn điện :
1. Suất điện động là gì? Khái niệm về suất điện động cảm ứng
– Trong khu vực một mạch kín (C), sự có mặt của một dòng điện cảm ứng chứng tỏ trong đó có sự xuất hiện của một nguồn điện. Từ đó ta có thể phát biểu định nghĩa về suất điện động cảm ứng như sau:
Trong mạch kín, nếu suất điện động sinh ra trong dòng điện cảm ứng thì được gọi là suất điện động cảm ứng.
2. Định luật Fa – ra – đây. Công thức tính suất điện động
– Trong môi trường là một từ trường, cho một mạch kín (C). Một khoảng thời gian ΔtΔt, từ thông đi qua mạch làm thay đổi một đại lượng ΔΦΔΦ. Một sự dịch chuyển nào đó làm thay đổi từ thông trong mạch kín. Trong quá trình dịch chuyển này, một công ΔAΔA được sinh ra khi mạch kín (C) được một lực tương tác tác dụng lên.Từ có người ta có thể lý giải được ΔAΔA = i x ΔΦΔΦ
– Cường độ dòng điện cảm ứng được ký hiệu là I. Dựa vào định luật Len – xơ, sự thay đổi từ thông được xảy ra khi xuất hiện một lực từ tác dụng lên mạch kín và gây cản trở chuyển động. Vì thế, bản chất của ΔAΔA là một công cản. Từ đó, ta có thể suy ra là phải tồn tại một ngoại lực tác động lên mạch kín (C). Và trong quá trình tác động của ngoại lực, nó sản sinh ra một công, được gọi là công thắng và có chức năng là làm cản lực từ.
ΔA′=−ΔA=−iΔΦΔA′=−ΔA=−iΔΦ
– Độ lớn của ΔA′ΔA′ bằng tất cả những năng lượng mà mạch kín (C) được cung cấp từ môi trường bên ngoài và năng lượng đó được chuyển đổi sang điện năng của suất điện động cảm ứng trong một khoảng thời gian nhất định. Ta có công thức:
ΔA′=eciΔtΔA′=eciΔt
– Từ hai công thức về ΔA′ΔA′, ta có thể rút ra kết luận như sau trong trường hợp chỉ quan tâm đến độ lớn của ecec
|ec|=∣∣∣ΔΦΔt∣∣∣|ec|=|ΔΦΔt|
Nhận xét: Trong môi trường là mạch kín, độ lớn của suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với sự thay đổi của từ thông đi qua mạch kín đó.
– Công thức tính suất điện động cảm ứng:
ec=−ΔΦΔtec=−ΔΦΔt
3. Mối tương quan giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len -xơ
– Trong công thức tính suất điện động cảm ứng xuất hiện dấu (-). Điều đó phù hợp với định luật Len – xơ.
– Một trong những điều kiện quan trọng nhất đó là định hướng mạch kín (C). Theo lựa chọn chiều của mạch kín (C), ta chọn chiều của pháp tuyến dương để sao cho tính từ thông qua được mạch kín.
– Có hai trường hợp xảy ra:
+ ΦΦ tăng => ecec < 0: suất điện động cảm ứng và mạch ngược chiều nhau
+ ΦΦ giảm => ecec > 0: suất điện động và mạch cùng chiều với nhau
4. Quá trình chuyển hóa năng lượng trong cảm ứng điện từ
Trong một mạch kín được đặt trong điều kiện là từ trường không thay đổi, môi trường có sự tác động của ngoại lực nhằm mục đích khi mạch kín di chuyển thì một công cơ học sẽ được sản sinh ra từ ngoại lực này. Suất điện động cảm ứng được sinh ra trong mạch từ công cơ học này và làm xuất hiện điện năng.
=> Như vậy ta có thể kết luận rằng, hiện tượng cảm ứng điện từ thực chất là sự chuyển hóa của cơ năng để trở thành điện năng.
5. Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.
– Máy phát điện xoay chiều
– Động cơ điện xoay chiều
Bài tập minh họa công thức của suất điện động
Bài 1: Hai nguồn điện giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động 1,5V và điện trở trong 0,5 Ω được mắc với một điện trở 2Ω thành sơ đồ mạch điện như sau:
a) Tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn
b) Tính cường độ dòng điện trong mạch.
Bài giải:
a) Sơ đồ cho thấy hai nguồn mắc nối tiếp, suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là:
ξb = 2ξ = 2.1,5 = 3 (V); rb = 2 r = 2.0,5 = 1(Ω)
b) Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch
Bài 2: Có tám nguồn điện cùng loại với cùng suất điện động ξ = 1,5 V và điện trở trong r = 1 Ω. Mắc các nguồn này thành bộ hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6V – 6W. Coi như bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường.
a) Vẽ sơ đồ mạch điện kín gồm bộ nguồn và bóng đèn ở mạch ngoài.
b) Tính cường độ dòng điện I qua bóng đèn và công suất tiêu thụ của đèn khi đó.
Bài giải:
a) Sơ đồ mạch:
b) Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn
Eb = 4e = 6 (V) ; rb = = 2r = 2 (W)
Điện trở của bóng đèn
RĐ = = 6 (W) = RN
Cường độ dòng điện chạy qua đèn
I = = 0,75 (A)
Công suất của bóng đèn khi đó
PĐ = I2RĐ = 0,752.6 = 3,375 (W)
Nhận xét: Khi đó đèn sáng yếu hơn bình thường.
Một số bài tập áp dụng công thức suất điện động
Dạng 1: Xác định từ thông, suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện
Bài 1: Trong điều kiện môi trường là một từ trường đều, cho một khung dây dẫn có dạng là một hình vuông với độ dài cạnh bằng 10cm. Biết rằng mặt phẳng chứa khung và vectơ cảm ứng →BB→ là vuông góc với nhau, ΔtΔt = 0,05s và khoảng độ lớn của →BB→ tăng một cách đều đặn từ 0 đến 0,5T. Hỏi suất điện động cảm ứng ở trong khung có độ lớn là bao nhiêu?
Đáp số: 0,1V
Bài 2: Trong điều kiện từ trường đều, cho một dây dẫn có độ dài là 2000 vòng với 2dm22dm2 là diện tích mỗi vòng dây. Dây dẫn được đặt để sao cho đường sức từ và mặt phẳng khung là vuông góc với nhau. Với khoảng thời gian là 0,1 giây, 0,5T đến 0,2T là khoảng mà cảm ứng từ của từ trường giảm đều. Hỏi trong mỗi vòng dây và toàn bộ khung dây, suất điện động cảm ứng là bao nhiêu?
Đáp số: Mỗi vòng dây: ecec = 6.10−2V6.10−2V
Toàn bộ khung dây: ecec = 120V
Bài 3: Ở trong môi trường điều kiện là từ trường đều, 25cm225cm2 là diện tích của một khung dây có ở dạng chất cứng và phẳng, bao gồm 10 vòng dây. Mặt phẳng là nơi chứa khung dây. Hỏi:
a, Trong khoảng thời gian thay đổi từ 0 đến 0,4s, từ thông di chuyển qua khung dây có độ biến thiên là bao nhiêu?
b, Suất điện động cảm ứng trong khung là bao nhiêu?
c, Xác định trong khu vực khung, chiều của của dòng điện cảm ứng là như thế nào?
Đáp số: a, ΔΦ=6.10−5WbΔΦ=6.10−5Wb
b, ec=1,5.10−4Vec=1,5.10−4V
c, Chiều của dòng điện cảm ứng là theo chiều kim đồng hồ
Bài 4: Cho một khung dây có hình dạng là hình chữ nhật với chiều dài là 20cm, chiều rộng là 10cm. Trong điều kiện môi trường là từ trường đều, cảm ứng từ của khung dây chứa 50 vòng dây là 0,5T. Giữa đường sức từ và trục quay của khung có phương là vuông góc với nhau. Lúc đầu, giữa mặt phẳng khung và vectơ cảm ứng từ là vuông góc với nhau. 100π(rad/s)100π(rad/s) là tốc độ góc của khung quay. Hỏi trong khoảng thời gian khung dây quay được 150150 kể từ vị trí ban đầu, suất điện động trung bình là bao nhiêu?
Dạng 2: Tính suất điện động trong một đoạn dây dẫn chuyển động
Bài 1: Trong điều kiện môi trường là từ trường đều, cho 0,5m là độ dài của một đoạn dây dẫn MN với cảm ứng từ là 0,04T và vận tốc bằng 0,5m/s. Với đường sức từ hợp với đoạn dây di chuyển một góc bằng 300300. Hỏi trong đoạn dây, suất điện động xuất hiện trong đoạn dây là bao nhiêu?
Đáp số: ecec = 0,005V
Bài 2: Cho biết 25m là độ dài cánh của một máy bay. Máy bay bay theo phương ngang với một vận tốc bằng 720km/h. Biết cảm ứng từ của Trái Đất có thành phần phần cảm ứng là B=5.10−5TB=5.10−5T. Hỏi ở vị trí hai đầu cánh máy bay, hiệu điện thế là bao nhiêu?
Bài 3: Trong điều kiện môi trường từ trường đều, cho 1m và 0,4T lần lượt là độ dài với lượng cảm ứng từ của của một thanh dẫn điện. Biết rằng vectơ cảm ứng từ và thanh dẫn điện là vuông góc với nhau. Vận tốc của thanh di chuyển trong từ trường đều là 2m/s. Đường hợp với thanh một góc 900900 và hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 450450
a, Suất điện động trong thanh là bao nhiêu?
b, Cho một điện trở có độ lớn là 0,2 để nói hai đầu thanh để thành một mạch có dạng kín. Hỏi cường độ dòng điện qua điện trở bằng bao nhiêu?
Đáp số: ecec = 0,564V và I = 2,82A
