Các công thức điện cơ bản: Hiểu và vận dụng định luật Ohm, Kirchoff trong mạch điện

Bạn đã bao giờ tò mò về điện là gì và nó đến từ đâu chưa? Và tại sao thảm, tất và tay nắm cửa lại tạo nên một sự kết hợp tồi? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu thêm về các công thức điện cơ bản và tìm hiểu về lý thuyết điện cơ bản.

Điện là gì?

Đơn giản nhất, điện là sự chuyển động của điện tích, được coi là từ dương sang âm. Bất kể điện tích được tạo ra như thế nào, về mặt hóa học hoặc vật lý, chuyển động của phóng điện là điện.

Chiều dòng điện

Dòng điện có hai loại, dòng điện một chiều (DC) và dòng điện xoay chiều (AC). DC là dòng điện chạy theo một hướng với cực điện áp không đổi trong khi AC là dòng điện thay đổi hướng định kỳ cùng với cực điện áp của nó.

Ngày xưa, Thomas Edison và Alessandro Volta đã viết phần lớn lịch sử của điện với việc phát minh ra dòng điện DC. Tuy nhiên, khi xã hội ngày càng phát triển, việc sử dụng DC để truyền tải điện trở nên không hiệu quả. Nikola Tesla đã thay đổi tất cả với việc phát minh hệ thống điện xoay chiều.

Với AC, ta có thể tạo ra điện áp cao cần thiết để truyền tải điện. Do đó, ngày nay, hầu hết các thiết bị di động sử dụng nguồn DC trong khi các nhà máy điện sản xuất AC.

Hàm V(t) theo thời gian của dòng điện 1 chiều và xoay chiều

Mạch nối tiếp và song song là gì?

Trước khi tôi nói về định luật Ohm, tôi sẽ giới thiệu một số khái niệm mạch khác. Đầu tiên, chúng ta cần hiểu mạch nối tiếp và mạch song song là gì. Mạch nối tiếp là những mạch được kết nối thẳng hàng với nguồn điện.

Dòng điện trong các mạch nối tiếp không đổi trong suốt, nhưng điện áp có thể khác nhau. Mạch song song là những mạch phân nhánh ra khỏi nguồn điện. Tổng dòng điện được cung cấp từ nguồn điện được chia cho từng nhánh, nhưng điện áp là bằng nhau.

Bạn có thể đã trải qua sự bực bối khi lắp đặt đèn Giáng sinh chỉ để nhận ra rằng không có đèn nào hoạt động. Có lẽ một trong những đèn trong hàng trăm mà bạn đã treo lên đã bị hỏng. Thực tế là nếu một đèn tắt, nó sẽ gây ra một mạch hở tại điểm đó. Không có dòng điện sẽ chạy qua các đèn khác vì đường dẫn mạch hở.

May mắn thay, ta có cách nối dây song song. Do đó, nếu một đèn tắt, chỉ có nhánh đó của mạch sẽ tắt. Phần khác sẽ tiếp tục nhận dòng điện và các đèn khác vẫn sẽ hoạt động.

Mạch nối tiếp và mạch song song

Định luật Ohm

Định luật cơ bản nhất trong điện là định luật Ohm, được biểu diễn bằng phương trình U = I x R.

  • U là điện áp
  • I là cường độ dòng điện
  • R là điện trở

Điện trở là thước đo lượng ngăn dòng điện trong mạch. Nó chống lại dòng điện và khi dòng chạy ngược lại với sự đối lập của điện trở, ma sát xảy ra và nhiệt được tạo ra.

Ứng dụng phổ biến của điện trở trong mạch là bóng đèn dây tóc. Bóng đèn có điện trở đủ để làm nóng dây tóc bên trong và phát sáng.

Định luật Ohm trong mạch cũng có thể được sử dụng để thay đổi mức điện áp và đường dẫn dòng điện.

Áp dụng Định luật Ohm

Bây giờ, hãy áp dụng định luật Ohm cho mạch sau và tính toán điện áp và dòng điện cho mỗi tải.

Sơ đồ dưới đây cho thấy một mạch cung cấp cho đồ chơi trước khi đi ngủ của trẻ. R1 đại diện cho giá trị điện trở của loa và R2 hiển thị giá trị điện trở của đèn LED. R1 bằng 430 Ohms, R2 bằng 284 Ohms và nguồn cung cấp là pin có 5VDC và 5A. Điện áp cung cấp cho đèn LED và loa là bao nhiêu?

Đầu tiên, chúng ta cần tìm dòng điện trong vòng lặp khi đồ chơi được nhấn và công tắc 1 đóng lại. Sử dụng định luật Ohm, chúng ta có thể tính toán rằng dòng điện trong vòng lặp là 7mA.

Sau đó, chúng ta áp dụng định luật Ohm để tính toán điện áp cung cấp cho loa, có giá trị là 3VDC. Đèn LED sẽ có điện áp cung cấp khoảng 2VDC. Mạch này được gọi là mạch chia điện áp.

Ở mạch song song, điện áp trên mỗi nhánh sẽ bằng điện áp cung cấp. Vì vậy, điện áp trên R1 và R2 đều là 5VDC. Dòng điện trong mỗi vòng lặp hoặc nhánh được tính toán và tổng dòng điện của toàn bộ mạch cũng được tính toán.

Khi áp dụng Định luật Kirchoff về điện áp (KVL) và Định luật của Kirchoff về cường độ dòng điện (KCL), ta có thể tìm thông tin chi tiết về điện áp và dòng điện trong mạch điều khiển của xe đồ chơi và các mạch khác.

Cuối cùng, phương trình công suất P = U x I cũng được áp dụng để tính toán công suất tiêu thụ của mạch.

Tôi tin rằng thông tin về các công thức điện cơ bản sẽ hữu ích với bạn trong việc hiểu và vận dụng chúng trong các tình huống thực tế.

Nguồn: SVVN