Lý thuyết ghép các nguồn điện thành bộ – Vật lý 11
Ghép các nguồn điện thành bộ là một kiến thức quan trọng trong Vật lý lớp 11, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc nắm vững cách ghép nối tiếp, song song hay hỗn hợp sẽ giúp tính toán chính xác điện áp, dòng điện và điện trở trong của hệ thống điện. Tìm hiểu kỹ thuật ghép các nguồn điện thành bộ để áp dụng hiệu quả trong các bài tập và thực hành thí nghiệm.
Nguyên tắc dòng điện trong đoạn mạch có chứa nguồn điện
– Trong một đoạn mạch chứa nguồn điện, dòng điện sẽ di chuyển từ cực dương của nguồn điện qua mạch ngoài và trở về cực âm.
– Công thức xác định dòng điện trong mạch là:
\[I = \frac{E – U_{AB}}{r + R} = \frac{E – U_{AB}}{R_{AB}}\]
– Lưu ý: Khi tính hiệu điện thế \(U_{AB}\), chiều được chọn là từ A đến B. Nếu theo chiều này mà gặp cực dương của nguồn điện trước, thì suất điện động \(E\) được lấy giá trị dương. Nếu dòng điện di chuyển ngược chiều với hướng tính hiệu điện thế (từ B đến A), tổng độ giảm điện thế \(I(r + R)\) sẽ được xem là giá trị âm.
Cách ghép các nguồn điện thành bộ
Bộ nguồn nối tiếp
Bộ nguồn nối tiếp là hệ thống trong đó các nguồn điện được kết nối tuần tự, cực âm của nguồn trước nối với cực dương của nguồn sau. Điều này tạo thành một dãy liên tiếp từ cực dương của nguồn đầu tiên đến cực âm của nguồn cuối cùng. Ký hiệu A là cực dương và B là cực âm của toàn bộ hệ thống.
Công thức tính hiệu điện thế của bộ nguồn là:
\[ U_{AB} = U_{AM} + U_{MN} + … + U_{QB} \]
Suất điện động tổng cộng của bộ nguồn nối tiếp là tổng suất điện động của từng nguồn:
\[\xi_b = \xi_1 + \xi_2 + … + \xi_n \]
Điện trở trong của bộ nguồn cũng bằng tổng điện trở của các nguồn thành phần:
\[ r_b = r_1 + r_2 + … + r_n \]
Bộ nguồn song song
Bộ nguồn song song được cấu thành khi các nguồn điện có cùng cực dương nối với nhau và cùng cực âm nối với nhau. Trong trường hợp mạch hở, hiệu điện thế \( U_{AB} \) của bộ nguồn sẽ bằng suất điện động của mỗi nguồn, đồng thời cũng là suất điện động của cả bộ. Điện trở trong của bộ nguồn song song tương đương với điện trở của n nguồn điện mắc song song:
\[\xi_b = \xi\]
\[ r_b = \frac{r}{n} \]
Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng
Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng là sự kết hợp của các bộ nguồn song song và nối tiếp. Trong đó, các nguồn được chia thành n dãy song song, và mỗi dãy chứa m nguồn nối tiếp với nhau.
Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng là:
\[\xi_b = m\xi \]
\[ r_b = \frac{mr}{n} \]
Trong đó, \(n\) là số dãy song song, và \(m\) là số nguồn trong mỗi dãy.
Câu hỏi trắc nghiệm về ghép các nguồn điện thành bộ
Câu 1: Khi ghép hai pin giống nhau thành bộ nguồn nối tiếp, điện áp tổng của bộ nguồn sẽ:
A. Bằng điện áp của một pin.
B. Lớn hơn điện áp của một pin.
C. Nhỏ hơn điện áp của một pin.
D. Bằng không.
Đáp án: B. Lớn hơn điện áp của một pin.
Câu 2: Khi ghép hai nguồn điện có suất điện động (sđđ) khác nhau nối tiếp, điện áp tổng của bộ nguồn bằng:
A. Tổng sđđ của cả hai nguồn.
B. Hiệu sđđ của cả hai nguồn.
C. Sđđ của nguồn lớn hơn.
D. Sđđ của nguồn nhỏ hơn.
Đáp án: A. Tổng sđđ của cả hai nguồn.
Câu 3: Khi ghép song song hai nguồn điện giống nhau, điện trở trong của bộ nguồn:
A. Bằng điện trở trong của một nguồn.
B. Bằng tổng điện trở trong của hai nguồn.
C. Bằng nửa điện trở trong của một nguồn.
D. Không thay đổi.
Đáp án: C. Bằng nửa điện trở trong của một nguồn.
Câu 4: Một bộ nguồn ghép hỗn hợp gồm 3 pin nối tiếp và 2 bộ như vậy nối song song. Nếu mỗi pin có sđđ 1.5V và điện trở trong 0.5Ω, sđđ và điện trở trong của bộ nguồn là:
A. 4.5V, 0.5Ω
B. 4.5V, 0.75Ω
C. 3V, 0.75Ω
D. 3V, 1Ω
Đáp án: B. 4.5V, 0.75Ω
Câu 5: Khi ghép nối tiếp 4 nguồn điện giống nhau, nếu một nguồn bị hỏng không còn cung cấp điện áp, điện áp tổng của bộ nguồn sẽ:
A. Giảm 1/4.
B. Không thay đổi.
C. Bằng không.
D. Giảm 1/2.
Đáp án: C. Bằng không.
Câu 6: Ghép song song hai nguồn điện có sđđ và điện trở trong khác nhau, sđđ của bộ nguồn sẽ:
A. Lớn hơn sđđ của nguồn có sđđ lớn hơn.
B. Trung bình cộng của sđđ của hai nguồn.
C. Gần với sđđ của nguồn có điện trở trong nhỏ hơn.
D. Gần với sđđ của nguồn có điện trở trong lớn hơn.
Đáp án: C. Gần với sđđ của nguồn có điện trở trong nhỏ hơn.
Câu 7: Nếu ghép song song 3 pin giống nhau, mỗi pin có sđđ 1.5V và điện trở trong 1Ω, thì sđđ và điện trở trong của bộ nguồn là:
A. 4.5V, 1Ω
B. 1.5V, 1/3Ω
C. 1.5V, 3Ω
D. 4.5V, 1/3Ω
Đáp án: B. 1.5V, 1/3Ω
Câu 8: Để có được một bộ nguồn có sđđ cao nhất và điện trở trong nhỏ nhất từ 4 pin, ta cần ghép:
A. Nối tiếp tất cả các pin.
B. Song song tất cả các pin.
C. Ghép hỗn hợp.
D. Không có cách nào để tăng sđđ và giảm điện trở trong đồng thời.
Đáp án: C. Ghép hỗn hợp.
Câu 9: Trong bộ nguồn ghép nối tiếp, nếu một nguồn có điện trở trong lớn hơn nhiều so với các nguồn khác, dòng điện của bộ sẽ:
A. Tăng lên.
B. Giảm xuống.
C. Không thay đổi.
D. Phụ thuộc vào sđđ của các nguồn.
Đáp án: B. Giảm xuống.
Câu 10: Một bộ nguồn gồm 5 pin giống nhau được ghép hỗn hợp nối tiếp 2 pin và 3 pin, rồi hai nhóm này ghép song song. Sđđ của mỗi pin là 1.5V và điện trở trong là 0.2Ω. Sđđ và điện trở trong của bộ nguồn là:
A. 3V, 0.3Ω
B. 3V, 0.2Ω
C. 4.5V, 0.4Ω
D. 4.5V, 0.3Ω
Đáp án: A. 3V, 0.3Ω
Hiểu rõ cách ghép các nguồn điện thành bộ không chỉ nâng cao kiến thức lý thuyết mà còn hỗ trợ hiệu quả trong thực tiễn, từ việc lắp ráp mạch điện đơn giản đến các hệ thống phức tạp hơn. Việc vận dụng đúng cách ghép nối sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an toàn trong các ứng dụng điện tử. Hãy luôn thực hành và tìm hiểu sâu hơn về ghép các nguồn điện để phát triển kỹ năng vật lý toàn diện trên website vatly.edu.vn.
