1. Mạch song song
Định nghĩa đoạn mạch song song: Một mạch được gọi là mạch song song nếu các thành phần điện được kết nối theo cấu hình song song hoặc đầu của chúng được kết nối với một điểm chung. Nó tạo thành nhiều vòng hoặc đường dẫn cho dòng điện chảy.
Trong đó:
R1, R2,...,Rnlà các điện trở
UABlà hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch
I1, I2,...,Inlần lượt là cường độ dòng điện qua mỗi điện trở
IABlà cường độ dòng điện qua mạch chính
Dòng điện trong mạch song song
Dòng điện trong một mạch song song phân chia qua các nhánh. Ở đó tổng dòng điện bằng tổng dòng điện thông qua các thành phần riêng lẻ và nó phụ thuộc vào giá trị điện trở của chúng.
IT= I1+ I2+ I3+ … In
Điện áp trong mạch song song
Điện áp trong một mạch song song vẫn giữ nguyên trên mỗi đường dẫn hoặc thành phần vì mỗi thành phần được kết nối với nguồn tại cùng một điểm.
VT= V1= V2= V3= … Vn
2. Điện trở tương đương của đoạn mạch song song
- Đối với đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song thì nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở thành phần.
- Cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở tỉ lệ nghịch với điện trở đó:
Chú ý:
Vôn kế có điện trở RVrất lớn so với điện trở của đoạn mạch cần đo hiệu điện thế và được mắc song song với mạch đó, nên dòng điện chạy qua vôn kế có cường độ không đáng kể. Do đó, khi tính điện trở tương đương của đoạn mạch này có thể bỏ qua số hạng
3. Điện dung trong mạch song song
Tổng điện dung của các tụ điện được kết nối trong mạch song song tăng và nó là tổng điện dung của các tụ điện riêng lẻ.
Ctd = C1+ C2+ C3+ … Cn
Tổng điện dung hoặc tương đương luôn lớn hơn điện dung riêng.
4. Điện cảm trong mạch song song
Tổng độ tự cảm của cuộn cảm được nối trong mạch song song giảm và nó luôn nhỏ hơn độ tự cảm của bất kỳ cuộn cảm riêng lẻ nào.
Cuộn cảm mạch song song5. Bộ nguồn trong đoạn mạch song song
Khi nguồn điện được kết nối trong một đoạn mạch song song, tổng điện áp của chúng vẫn giữ nguyên trong khi tổng dòng điện được cấp là tổng dòng điện của nguồn cấp riêng lẻ.
Các công thức sau đây có thể được sử dụng để tính công suất trong mạch song song:
Công suất mạch song songHoặc là
P = I12R1+ I22R2+ … In2Rn
6. So sánh đoạn mạch nối tiếp và đoạn mạch song song
Đặc tính |
Đoạn mạch nối tiếp |
Đoạn mạch song song |
Định nghĩa |
Là mạch có 1 đường duy nhất cho dòng điện chảy |
Là mạch có nhiều đường cho dòng điện chảy |
Bố trí |
Các thành phần được sắp xếp trong một dòng duy nhất với đuôi của chúng được kết nối với các đầu của thành phần tiếp theo. |
Các thành phần được sắp xếp với đầu của chúng được nối cùng nhau và đuôi được kết nối với nhau. |
Đường đi của dòng điện |
Mạch nối tiếp tạo thành một vòng đơn nên chỉ có một đường duy nhất. |
Nó tạo thành nhiều vòng lặp để có nhiều con đường cho dòng điện chảy. |
Dòng điện |
Dòng điện vẫn giữ nguyên thông qua từng thành phần. |
Dòng điện được chia thành các giá trị khác nhau trong mỗi đường dẫn và phụ thuộc vào giá trị của điện trở được cung cấp bởi mỗi đường dẫn. |
Điện áp |
Điện áp được chia cho các thành phần và phụ thuộc vào điện trở của từng thành phần |
Điện áp trên mỗi nhánh hoặc thành phần vẫn như nhau |
Điện trở |
Tổng điện trở trong mạch nối tiếp tăng |
Tổng trở trong mạch song song giảm |
Điện dung |
Tổng điện dung trong mạch nối tiếp giảm |
Tổng điện dung trong mạch song song tăng |
Điện cảm |
Tổng độ tự cảm trong mạch nối tiếp tăng |
Tổng độ tự cảm trong mạch song song giảm |
Nguồn cấp |
Đối với các bộ nguồn được kết nối nối tiếp, Tổng điện áp tăng [cộng lại] trong khi tổng dòng điện vẫn giữ nguyên |
Đối với các nguồn cung cấp song song, Tổng điện áp vẫn giữ nguyên trong khi tổng dòng điện tăng [cộng lại] |
Lỗi- Sự cố |
Một lỗi trong bất kỳ thành phần nào phá vỡ toàn bộ mạch và các thành phần khác không hoạt động |
Một lỗi trong bất kỳ thành phần nào sẽ không ảnh hưởng đến thành phần nào khác và chúng sẽ hoạt động tốt |
Xử lý sự cố |
Rất khó để khắc phục sự cố và xác định các thành phần cần có thời gian |
Nó dễ dàng xử lý sự cố và xác định thành phần bị lỗi |
7. Liên hệ thực tế
Những đường dây điện trung thế, cao thế chạy ngoài trời thường không có vỏ bọc cách điện. Chim chóc khi bay thường hay đậu lên những đường dây điện này mà không bị điện giật chết⇒ Khi chim đậu lên đường dây điện, cơ thể chim tạo thành một điện trở mắc song song với đoạn dây điện giữa hai chân chim. Do điện trở Rccủa cơ thể chim lớn hơn rất nhiều so với điện trở Rđcủa đoạn dây dẫn giữa hai chân chim nên cường độ dòng điện qua cơ thể chim rất nhỏ và không gây tác hại đến chim.
1. Cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch nối tiếp
+I= I1 = I2
+ U = U1 + U2
+ Theo định luật Ohm, ta có:
MàI1 = I2nên U1R1=U2R2 hay U1U2=R1R2
Trong đó:
I: cường độ dòng điện qua đoạn mạch AB [đơn vị A]
I1,I2: cường độ dòng điện qua điện trở R1, R2 [đơn vị A]
U hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch AB [đơn vị V]
U1, U2: hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1, R2 [đơn vị V]
R1, R2: giá trị các điện trở [đơn vị Ω]
2. Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp
Điện trở tương đương [Rtđ, đơn vị Ω] của đoạn mạch gồm nhiều điện trở là một điện trở thay thế cho các điện trở đó, sao cho với cùng một hiệu điện thế thì cường độ dòng điện qua đoạn mạch vẫn có giá trị như cũ.
Ta có:
+ I= I1 = I2
+ U= U1+U2 = I1R1 + I2R2
Mà U=IRtđ nên IR = I1R1 + I2R2
Vậy: Rtđ = R1 + R2
Nếu đoạn mạch gồm n điện trở giống nhau mắc nối tiếp thì Rtđ = nR với R là giá trị mỗi điện trở.
II. Đoạn mạch gồm các điện trở mắc song song
1. Cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch song song
+I =I1 + I2
+U = U1 = U2
+ Theo định luật Ohm, ta có:
Mà U1 = U2 nên I1R1 = I2R2 hay I1I2=R1R2
2. Điện trở tương đương của đoạn mạch song song
Ta có:
+I = I1 + I2= U1R1 + U2R2
+U = U1 = U2
Mà I=URtđ nên URtđ=U1R1+U2R2
Vậy: 1Rtđ=1R1+1R2 hay Rtđ=R1 R2R1+R2
Nếu đoạn mạch gồm n điện trở giống nhau mắc song song thì Rtđ = Rn với R là giá trị mỗi điện trở.
B. Bài tập vận dụng
Bài 1: Hai điện trở R1, R2 và ampe kế có điện trở không đáng kể được mắc nối tiếp với nhau vào hai điểm A và B. Cho R1 = 5 Ω, R2 = 10 Ω, ampe kế chỉ 0,2 A.
a. Vẽ sơ đồ mạch điện.
b. Tính điện trở tương đương của cả đoạn mạch.
c. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch AB và hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1, R2.
Hướng dẫn:
a.
b. Vì R1 nối tiếp R2 nên Rtđ = R1+ R2 = 15 Ω.
c. Vì R1 nối tiếp R2 nên I = I1 = I2 = IA = 0,2 A
+ U= IRtđ = 3 V
+ U1 = I1R1 = 1 V
+ U2 = I2R2 = 2 V
Bài 2: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. Biết R1 = 5 Ω, R2= 20 Ω, ampe kế A1chỉ 0,6 A. Bỏ qua điện trở của các ampe kế.
a. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu AB của đoạn mạch.
b. Tính cường độ dòng điện ở mạch chính và cường độ dòng điện qua điện trở R2.
Hướng dẫn:
a. Ta có IA1 = I1 = 0,6 A
Theo định Ohm: I1=U1R1⇒U1=I1 R1=3V
Vì R1 song song R2nên U= U1 = U2 = 3 V
b. Vì R1 song song R2 nên = 4 Ω
+ I=URtđ= 0,75 A
+ I2=U2R2 = 0,15 A
Bài 3: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. Biết R1=R2 = 6 Ω, R3 = 4 Ω.
a. Tính điện trở tương đương của toàn mạch.
b. Biết UAB = 14 V. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính và cường độ dòng điện qua mỗi điện trở.
c. Tháo R3 khỏi đoạn mạch điện rồi dùng dây dẫn nối B và C. Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.
Hướng dẫn:
a. Vì R1 song song R2 và R1= R2 = 6 Ω nên R12 = 3 Ω
Vì R12 nối tiếp R3 nên Rtđ = R12 + R3 = 7 Ω
b. Theo định luật Ohm: I=UABRtđ= 2 A
VìR12 nối tiếp R3nên I = I12 =I3 = 2 A
Theo định luật Ohm: I12=U12R12⇒U12=I12 R12=6V
Vì R1 song song R2 nên:
+U12 =U1 = U2 = 6 V
+ I1=I2=U1R1=1A
c. Tháo R3 khỏi đoạn mạch điện rồi dùng dây dẫn nối B và C thì đoạn mạch gồm R1 song song R2.
Vì R1 song song R2 nên:
+ UAB = U1 = U2= 14 V không đổi.
+ I1=I2=U1R1=146≈2,33 A
Bài 4: Cho R1 nối tiếp R2 sau đó mắc song song R3 và một ampe kế mắc nối tiếp với R3. Biết R1 = R2 = R3 = 3 Ω. Biết điện trở của ampe kế không đáng kể.
a. Vẽ sơ đồ mạch điện.
b. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch.
c. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch khi ampe kế chỉ 1 A.
Hướng dẫn:
a.
b. Vì R1 nối tiếp R2 và R1 = R2 = 3 Ω nên R12= 2R1 = 6 Ω.
Vì R12 song song R3 nên Rtđ=R12 R3R12+R3 = 2 Ω
c. Ta có: IA = I3 = 1 A
Theo định luật Ohm: I3=U3R3⇒U3=I3 R3=3V
Vì R12 song song R3 nên UAB = U12 = U3 = 3 V
Bài 5: Cho sơ đồ mạch điện như hình bên dưới, biết R1 = 25 Ω . Khi khóa K đóng ampe kế chỉ 4 A còn khi khóa K mở thì ampe kế chỉ 2,5 A. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và điện trở R2? Bỏ qua điện trở của ampe kế.
Hướng dẫn:
Khi khóa K đóng, đoạn mạch chỉ có điện trở R1.
Ta có: I= I1 = 4 A
Theo định luật Ohm: I=UR1⇒U=I R1=100V
Khi khóa K mở, đoạn mạch chỉ gồm điện trở R1 nối tiếp R2.
Theo định luật Ohm: I'=URtđ⇒Rtđ=UI'=40Ω.
Mà Rtđ = R1 + R2 nên R2 = 15 Ω.
=============================
Người biên soạn: Giáo viên. Phù Thị Tiến [Tổ Vật lí - Công nghệ]
Trường TH - THCS - THPT Lê Thánh Tông
Xem thêm: