Georg Simon Ohm (1789 – 1854), nhà vật lí học người Đức, khi thế giới chưa có ampe kế và vôn kế, bằng những công cụ thô sơ thì ông đã nghiên cứu và công bố định luật Ôm vào năm 1827, nhưng đến 49 năm sau mới được kiểm nghiệm và công nhận tính đúng đắn của định luật. Bài hôm nay đi tìm hiểu về định luật Ôm và công thức định luật Ôm.

định luật ôm

Tìm hiểu định luật ôm

Định luật Ôm là gì?

- Định luật Ôm: định luật liên quan đến sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của hiệu điện thế và điện trở.

- Nội dung của định luật: Cường độ dòng điện khi chạy qua dây dẫn sẽ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu dây và cường độ dòng diện sẽ tỉ lệ nghịch điện trở của dây dẫn.

Biểu thức:

cong-thuc-dinh-luat-om

Trong đó:

+ I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A).

+ U là điện áp trên vật dẫn (V)

+ R là điện trở (ôm).

- Trong định luật Ohm, điện trở R sẽ không phụ thuộc vào cường độ dòng điện, như vậy R là 1 hằng số.

Công thức định luật ôm toàn mạch

Thí nghiệm

Cho kết quả của một thí nghiệm như sau:cong-thuc-dinh-luat-om

Định luật Ôm đối với toàn mạch

Từ kết quả trên ta thấy: U(N) = U0 – a.I = E - a.I

Với U(N) = UAB = I. R(N)  được gọi là độ giảm thế mạch ngoài.

Ta thấy: a = r là điện trở trong của nguồn điện.

Do đó: E = I x [R(N) + r] = I. R(N) + I.r          (*)

Vậy: Suất điện động có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Từ hệ thức (*) ta có:

U(N)  = I. R(N) = E – It

cong-thuc-dinh-luat-om

Kết luận: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

Hiện tượng đoản mạch

Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi R(N)= 0.

Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và I = E/r

Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn, chuyển hoá năng lượng

Công của nguồn điện sản ra trong thời gian t: A = E.I.t        (**)
Nhiệt lượng toả ra trên toàn mạch: Q = (RN + r) x I^2 x t      (***)

Theo định luật bảo toàn năng lượng thì A = Q, do đó từ (**) và (***) ta suy ra

cong-thuc-dinh-luat-om

Như vậy định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

Hiệu suất nguồn điện

cong-thuc-dinh-luat-om

Bài tập định luật Ôm

Bài 1:Cho mạch điện như hình dưới, thông số như sau: R1=10 Ω,R2=15 Ω,R3=6 Ω R4=3 Ω,nguồn có suất điện động =20V, điện trở r=1, ampe kế điện trở trong không đáng kể.cong-thuc-dinh-luat-om

a) Hãy cho biết chiều của dòng điện qua ampe kế và số chỉ của ampe kế là bao nhiêu

b) Thay ampe kế bằng một vôn kế có điện trở vô cùng lớn,hãy xác định số chỉ của vôn kế khi đó là bao nhiêu?

Đáp án: IA=0.59 A, dòng điện chạy từ C đến D, Vôn kế chỉ 3.67 V

Bài 2: Cho mạch điện (hình vẽ dưới), với R1=3 Ω,R2=7 Ω,R3=6 Ω R4=9 Ω, nguồn có suất điện động =14V,điện trở trong r=1 Ω

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính và cường độ dòng điện qua mỗi điện trởcong-thuc-dinh-luat-om

b) Hiệu điện thế UAB và UMN

c) Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở

d) Hiệu suất của nguồn điện

Đáp án: I=2A, I1=I2=1.2A, I3=I4=0.8A, UAB=12V, UMN=1,2V

Bài 3:Cho mạch điện (hình vẽ dưới),các nguồn giống nhau mỗi nguồn có suất điện động =3 V,điện trở trong r=0.25 Ω,trên đèn có ghi 6V-6W, điện trở R1=4 Ω,R2=5 Ω,R3=5 Ω,R4=4 Ω,cong-thuc-dinh-luat-om

a) Hãy cho biết đèn sẽ sáng như thế nào?

b) Để đèn sáng bình thường thì ta cần phải thay điên trở R1 bằng một điện trở R có giá trị là bao nhiêu?

Đáp án: đèn sáng yếu, R=1.5 Ω

 Bài 4: Cho mạch điện có sơ đồ như hình bên dưới. Cho biết: R1 = 8W;  R2 = R3 = 12W; R4 là một biến trở. Đặt vào hai đầu A, B của mạch điện một hiệu điện thế UAB = 66V.cong-thuc-dinh-luat-om

a) Mắc vào hai điểm E và F của mạch một ampe kế có điện trở nhỏ không đáng kể và điều chỉnh biến trở R4 = 28W.

b) Tìm số chỉ của ampe kế và chiều của dòng điện qua ampe kế.

c) Thay ampe kế bằng một vôn kế có điện trở rất lớn.

  • Tìm số chỉ của vôn kế. Cho biết cực dương của vôn kế mắc vào điểm nào?
  • Điều chỉnh biến trở cho đến khi vôn kế chỉ 0. Tìm hệ thức giữa các điện trở R1, R2, R3 và R4 khi đó và tính R4.

Đáp án: IA=0.5A, dòng điện chạy từ F đến E, vôn kế chỉ 6.6V, mắc cực dương  vôn kế vào điểm E, R4=18W

Bài 5:Cho mạch điện (hình vẽ dưới), nguồn giống nhau, mỗi nguồn suất điện động =6 V,điện trở trong có r=3 Ω, điện trở R1=6 Ω,R2=3 Ω,R3=17 Ω,R4=4 Ω,R5=6 Ω, R6=10 Ω R7=5 Ω

a) Xác định suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn.cong-thuc-dinh-luat-om

b) Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính

c) Nhiệt lượng tỏa ra ở mạch ngoài sau 1 phút

d) Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở

e) Hiệu suất của nguồn điện

f) Công của dòng điện sản ra sau 1 phút

Đáp án: 30V, 5W, 1500J, Ang = 1800J, H = 83.3% 

Bài 6: cho mạch điện (hình vẽ dưới). Với thông số R1=16W,R2=24W,R3=10W,R4=30W.Cường độ dòng điện qua Rlà 0,5A Tụ điện điện dung C1=5mF,điện trở Ampe kế rất nhỏ và điện trở vôn kế rất lớn,suất điện động của nguồn 22V. Yêu cầu tính:cong-thuc-dinh-luat-om

a) Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch

b) Điện tích tụ điện

c) Số chỉ vôn kế, Ampe kế

d) Điện trở trong của nguồn

Đáp án: a) 20V; b) Q=15.10-6 C; c) 8 V, 1A; d) 2W

Trong các thí nghiệm trên, nhiệt độ của dây dẫn đang xét được coi như không đổi. Trong nhiều trường hợp, khi cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng thì nhiệt độ của dây dẫn cũng tăng lên và khi nhiệt độ tăng thì điện trở của dây dẫn cũng tăng. Do đó khi hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn tăng thì cường độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn cũng tăng nhưng tăng không tỉ lệ thuận (không tuân theo công thức định luật Ôm). Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế trong trường hợp này không phải là đường thẳng.