Bài 24. Nguồn điện

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Điều kiện duy trì dòng điện

🔹 Muốn duy trì dòng điện lâu dài trong mạch cần có nguồn điện liên tục tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó.

🔹 Khi chưa có nguồn điện, dòng điện chỉ tồn tại trong thời gian ngắn cho đến khi hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn bằng 0.

1.2. Nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó.

🔹 Mỗi nguồn điện đều có hai cực:

🔹 Bên trong nguồn điện tồn tại lực lạ thực hiện công để tách điện tích và duy trì sự chênh lệch điện thế giữa hai cực nguồn.

🔹 Lực lạ có bản chất không phải là lực điện và có tác dụng đưa điện tích dương từ cực âm đến cực dương bên trong nguồn điện.

1.3. Suất điện động của nguồn điện

Suất điện động (ℰ) là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện.

🔹 Được xác định bằng công của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một đơn vị điện tích dương bên trong nguồn:

$$\mathrm{E=}\frac{A}{q}$$

Trong đó:

$$$$🔹 Đơn vị: vôn (V).

🔹 Khi mạch hở, hiệu điện thế giữa hai cực nguồn bằng suất điện động của nguồn.

1.4. Điện trở trong của nguồn điện

🔹 Mọi nguồn điện thực đều có điện trở trong (kí hiệu $r$).

🔹 Khi nguồn cung cấp dòng điện, một phần năng lượng bị tiêu hao trên điện trở trong nên hiệu điện thế giữa hai cực nguồn nhỏ hơn suất điện động.

1.5. Hiệu điện thế giữa hai cực nguồn

🔹 Khi mạch kín:

Công thức:

$$\mathrm{E=}\text{U+Ir}\to \mathrm{U=}\mathrm{E-}\mathrm{Ir}$$

$$\mathrm{E=}I\left(\mathrm{R+r}\right)\to \mathrm{I=}\frac{E}{\mathrm{R+r}}$$

1.6. Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch)

🔹 Đoản mạch xảy ra khi điện trở mạch ngoài rất nhỏ hoặc bằng 0.

🔹 Khi đó cường độ dòng điện tăng rất lớn, dễ gây:

II. GIÚP HIỂU SÂU

1. Vì sao phải có nguồn điện?

🔹 Nếu chỉ nối hai vật có hiệu điện thế khác nhau thì dòng điện chỉ tồn tại trong thời gian ngắn.

🔹 Nguồn điện liên tục thực hiện công để duy trì sự chênh lệch điện thế nên dòng điện được duy trì lâu dài.

2. Lực lạ là gì?

🔹 Lực điện luôn làm điện tích chuyển động đến khi hiệu điện thế được cân bằng.

🔹 Để duy trì hiệu điện thế giữa hai cực, bên trong nguồn điện phải tồn tại lực lạ, có bản chất khác lực điện.

🔹 Chính lực lạ đưa điện tích từ cực âm trở lại cực dương bên trong nguồn.

3. Hiểu đúng về suất điện động

🔹 Suất điện động không phải là điện áp của nguồn.

🔹 Nó biểu thị khả năng cung cấp năng lượng của nguồn điện.

🔹 Nguồn có suất điện động càng lớn thì mỗi culông điện tích nhận được càng nhiều năng lượng.

💡 Vì sao hiệu điện thế hai cực nguồn nhỏ hơn suất điện động?

🔹 Khi có dòng điện chạy qua, một phần năng lượng bị tiêu hao trên điện trở trong.

Vì vậy:

4. Phân biệt suất điện động và hiệu điện thế

Suất điện động

▪️ Đặc trưng cho khả năng cung cấp năng lượng của nguồn điện.

Hiệu điện thế

▪️ Là độ chênh lệch điện thế giữa hai cực nguồn tại thời điểm đang xét.

🔹 Hai đại lượng cùng đơn vị là vôn (V) nhưng không phải lúc nào cũng bằng nhau.

5. Bản chất của hiện tượng đoản mạch

🔹 Khi điện trở mạch ngoài gần bằng 0, dòng điện chỉ còn bị giới hạn bởi điện trở trong.

🔹 Vì điện trở toàn mạch rất nhỏ nên cường độ dòng điện tăng đột ngột, gây quá nhiệt và có thể làm cháy thiết bị điện.

6. Chiều chuyển động của điện tích dương

🔹 Ngoài nguồn: điện tích dương chuyển động từ cực dương sang cực âm.

🔹 Bên trong nguồn: dưới tác dụng của lực lạ, điện tích dương được đưa từ cực âm trở lại cực dương.

🔹 Nhờ đó dòng điện được duy trì liên tục trong mạch kín.

7. Nguồn điện thực và nguồn điện lí tưởng

Nguồn điện lí tưởng

▪️ Không có điện trở trong.

▪️ Luôn có $U\mathrm{=E}$.

Nguồn điện thực

▪️ Có điện trở trong.

▪️ Khi có dòng điện chạy qua luôn có $U\mathrm{<E}$.

3. LƯU Ý CHO HỌC SINH

- Không nhầm suất điện động với hiệu điện thế.

- Chỉ khi mạch hở mới có $U\mathrm{=E}$.

- Khi mạch kín, luôn có $U\mathrm{<E}$.

- Đoản mạch làm dòng điện tăng rất lớn và cần tránh trong thực tế.

- Điện trở trong càng lớn thì hiệu điện thế giữa hai cực nguồn giảm càng nhiều khi nguồn cung cấp dòng điện.