Đến nội dung chính
Gia Sư SVGia Sư SVTận tâm · Minh bạch · Đồng hành

Điện trở và định luật Ohm – Vật lí 11

Điện trở và định luật Ohm – Vật lí 11

Nắm vững định luật Ohm, điện trở suất, đồ thị I–U và mạch nối tiếp, song song. Ví dụ giải mạch, lỗi thường gặp và bài tập có lời giải.

Lý thuyết & ví dụ điện trở định luật ohm – Vật lí 11 chương 4

Mục tiêu và kiến thức nền

Cùng một pin, vì sao dây dẫn nối với những tải khác nhau lại cho dòng điện khác nhau? Điện trở giúp mô tả mức cản trở dòng điện. Bài học nối công thức I = qt với quan hệ giữa dòng điện, hiệu điện thế, vật liệu và cách ghép mạch.

1. Điện trở và định luật Ohm

Ở một điểm làm việc có U và I khác 0, tỉ số R = UI cho điện trở tại điểm đó. Đơn vị là ôm, kí hiệu Ω; 1 Ω = 1 V/A. Với vật dẫn Ohm ở điều kiện vật lí không đổi, đặc biệt nhiệt độ không đổi, R là hằng số và I = UR.

R = UI không có nghĩa điện trở của mọi linh kiện đều không đổi. LED, điện trở nhiệt và dây tóc bóng đèn nóng lên có quan hệ I–U phi tuyến; không dùng một R cố định cho mọi điện áp nếu chưa có giả thiết.

2. Đọc đúng đồ thị vôn–ampe

Nếu trục tung là I và trục hoành là U, đặc tuyến của điện trở Ohm là đường thẳng qua gốc có độ dốc ΔIΔU = 1R. Đường càng dốc thì R càng nhỏ. Nếu đổi trục, vẽ U theo I, độ dốc lại là R.

Đồ thị I–U của hai điện trở thuần

Chọn một điểm có tọa độ rõ và tính UI. Với đường phi tuyến, R = UI tại một điểm khác với điện trở vi phân ΔUΔI; bài phổ thông dùng R tại điểm làm việc nếu đề yêu cầu.

3. Điện trở phụ thuộc vật liệu, hình dạng và nhiệt độ

Với dây đồng chất, tiết diện đều: R = ρlS. Điện trở suất ρ tính bằng Ω·m, l bằng m và S bằng m². Cùng vật liệu và nhiệt độ: dây dài hơn có R lớn hơn, dây to hơn có R nhỏ hơn. 1 mm² = 10⁻⁶ m²; 1 cm² = 10⁻⁴ m².

Electron bị tán xạ bởi dao động mạng tinh thể và các chỗ mất trật tự. Trong một khoảng nhiệt độ phù hợp, kim loại có thể được mô tả gần đúng bởi R = R₀[1 + α(t − t₀)]; tương tự với ρ. α có đơn vị K⁻¹. Không ngoại suy tuyến tính tùy ý qua mọi nhiệt độ hay qua chuyển pha.

Điện trở nhiệt NTC có R giảm khi nhiệt độ tăng; PTC có R tăng trong vùng làm việc. Dây tóc đèn nóng lên khiến điện trở tăng, nên đặc tuyến I–U cong và dòng tăng chậm hơn điện áp.

Mở rộng: siêu dẫn và nhiệt điện

Một số vật liệu có điện trở một chiều bằng 0 khi ở trạng thái siêu dẫn, dưới các giới hạn về nhiệt độ, từ trường và dòng điện. Không phải mọi kim loại đều chuyển sang siêu dẫn. Cặp nhiệt điện gồm hai vật dẫn khác nhau có thể tạo suất điện động khi hai mối nối ở nhiệt độ khác nhau; trong khoảng gần tuyến tính, ℰnhiệt = αT(T₁ − T₂). Đây là hai hiện tượng khác nhau.

4. Ghép điện trở và cách nhận dạng nút

Cách ghépDòng điện, điện ápĐiện trở tương đương
Nối tiếpI₁ = I₂; U = U₁ + U₂R = R₁ + R₂
Song songU₁ = U₂; I = I₁ + I₂1R = 1R1 + 1R2
Hai điện trở song songCùng nối vào hai nútR = R1R2R1+R2

Hai điện trở nằm cạnh nhau trên hình chưa chắc nối tiếp. Hãy đánh dấu các nút có cùng điện thế: dây lí tưởng nối liền làm các điểm thành một nút; khóa mở ngắt nhánh, khóa đóng nối hai nút. Chỉ cộng điện trở nối tiếp khi nút giữa chúng không có dòng rẽ nhánh.

Hai nhóm điện trở song song ghép nối tiếp

5. Ví dụ có lời giải

Ví dụ 1: Tính R tại một điểm làm việc

LED có U = 2,0 V và I = 20 mA. R tại điểm này = 2,00,020 = 100 Ω. Không suy ra LED vẫn có R = 100 Ω khi đổi điện áp.

Ví dụ 2: Mạch hỗn hợp

Nhóm R₁ = 2 Ω song song R₂ = 3 Ω nối tiếp nhóm R₃ = 4 Ω song song R₄ = 6 Ω, đặt dưới 18 V.

  1. R₁₂ = 2×35 = 1,2 Ω; R₃₄ = 4×610 = 2,4 Ω.
  2. R = 3,6 Ω; I = 183,6 = 5 A.
  3. U₁₂ = 6 V; U₃₄ = 12 V.
  4. I₁ = 3 A, I₂ = 2 A, I₃ = 3 A, I₄ = 2 A. Kiểm tra mỗi nhóm có tổng dòng 5 A.

Ví dụ 3: Kéo dài dây nhưng giữ thể tích

Đường kính dây giảm một nửa, nhiệt độ và ρ không đổi. S giảm 4 lần; lS không đổi nên l tăng 4 lần. Do đó R′R = 414 = 16. Không chỉ xét thay đổi tiết diện rồi bỏ quên chiều dài.

Ví dụ 4: Bốn cách ghép ba điện trở bằng nhau

Dùng đủ ba điện trở R và chỉ ghép nối tiếp, song song: R tương đương có thể bằng 3R, 3R2, 2R3, R3. Nếu dòng nhỏ nhất dưới cùng U là 0,3 A, các dòng còn lại là 0,6 A; 1,35 A và 2,7 A.

Ví dụ 5: Điện trở thay đổi theo nhiệt độ

R₅₀ = 37 Ω, α = 4,3×10⁻³ K⁻¹ lấy mốc 50°C. Khi R = 43 Ω: t = 50 + 4337−10,0043 ≈ 87,7°C. Giữ đủ chữ số đến bước cuối.

6. Lỗi thường gặp

  • Đọc độ dốc I–U thành R thay vì 1R.
  • Áp dụng I tỉ lệ U cho bóng đèn nóng lên mà không có giả thiết R không đổi.
  • Quên bình phương khi đổi đường kính sang diện tích.
  • Đọc nhầm nút mạch, đặc biệt khi có khóa và ampe kế lí tưởng.
  • Thấy hai đáp án cùng giá trị do đổi đơn vị mà vẫn cho là câu chỉ có một đáp án.

7. Tự kiểm tra

Điện trở 6 Ω và 3 Ω: nối tiếp và song song cho những giá trị nào?

Nối tiếp 9 Ω; song song 2 Ω.

Tại U = 4 V, I = 0,2 A. R và độ dốc I–U là bao nhiêu?

R = 20 Ω, độ dốc = 0,05 A/V.

Giữ thể tích dây, kéo chiều dài gấp 3 thì R tăng bao nhiêu lần?

S giảm 3 lần, nên R tăng 9 lần nếu ρ không đổi.

Công thức cần ghi nhớ

Định luật Ohm

I=UR

Dây dẫn đồng chất, tiết diện đều

R=ρℓS

Hai điện trở nối tiếp

Rnt=R1+R2

Hai điện trở song song

Rss=R1R2R1+R2

I = UR; R = ρlS. Nhận dạng nút trước, rút gọn mạch sau, rồi đi ngược từ dòng tổng đến điện áp và dòng từng nhánh.

Luyện tập và học tiếp

Luyện 72 câu điện trở và định luật ohm Làm đề ôn tập 50 phút

Bài tiếp theo: Nguồn điện Xem toàn bộ chương