Bài 24: Nguồn điện

1. Kiến thức trọng tâm

Nguồn điện là thiết bị dùng để tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó, nhằm duy trì dòng điện trong mạch kín. Trong nguồn điện, lực lạ thực hiện công để tách các điện tích trái dấu và đưa chúng về hai cực khác nhau.

Suất điện động của nguồn điện, kí hiệu là $\mathcal{E}$, đặc trưng cho khả năng thực hiện công của lực lạ khi di chuyển một đơn vị điện tích dương qua nguồn điện:

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

Đơn vị của suất điện động là vôn ($\text{V}$), giống như đơn vị của hiệu điện thế.

Mỗi nguồn điện đều có điện trở trong $r$, là điện trở của chính nguồn điện. Khi nguồn điện cung cấp dòng điện $I$ cho mạch ngoài, một phần hiệu điện thế bị tiêu hao trên điện trở trong. Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch kín được gọi là hiệu điện thế mạch ngoài:

$$U = \mathcal{E} - Ir$$

Khi ghép các nguồn điện giống nhau nối tiếp, suất điện động của bộ nguồn bằng tổng suất điện động của các nguồn, điện trở trong của bộ nguồn bằng tổng điện trở trong. Khi ghép song song $n$ nguồn giống nhau, suất điện động của bộ nguồn bằng suất điện động của mỗi nguồn, điện trở trong của bộ nguồn bằng $r/n$.

2. Ví dụ minh họa

Một nguồn điện có suất điện động $\mathcal{E} = 12, \text{V}$ và điện trở trong $r = 1, \Omega$ được mắc với một điện trở ngoài $R = 5, \Omega$ tạo thành mạch kín. Tính cường độ dòng điện trong mạch và hiệu điện thế mạch ngoài.

Lời giải: Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: $I = \mathcal{E}/(R + r) = 12/(5 + 1) = 2, \text{A}$. Hiệu điện thế mạch ngoài: $U = \mathcal{E} - Ir = 12 - 2 \cdot 1 = 10, \text{V}$.

3. Ghi nhớ

• Nguồn điện duy trì hiệu điện thế nhờ lực lạ tách các điện tích trái dấu.
• Suất điện động $\mathcal{E} = A/q$, đơn vị vôn, đặc trưng riêng cho nguồn.
• Hiệu điện thế mạch ngoài: $U = \mathcal{E} - Ir$; mạch hở thì $U = \mathcal{E}$.
• Ghép nối tiếp: $\mathcal{E}_b = n\mathcal{E}$, $r_b = nr$; ghép song song $n$ nguồn giống nhau: $\mathcal{E}_b = \mathcal{E}$, $r_b = r/n$.