Bài 17: Điện trở. Định luật Ohm

Do mỗi người có điện trở cơ thể khác nhau. Người có điện trở lớn thì dòng điện đi qua người nhỏ, người có điện trở nhỏ thì dòng điện đi qua người lớn.

Nguyên nhân chính gây ra điện trở của vật dẫn: quá trình dịch chuyển có hướng của các hạt tải điện luôn bị cản trở bởi sự tương tác của chúng với các hạt cấu thành vật dẫn và giữa chúng với nhau. Các cấu trúc, sắp xếp khác nhau của các nguyên tử cấu thành vật dẫn cũng như nhiệt độ và kích thước của vật cũng ảnh hưởng rõ rệt lên chuyển động có hướng của các hạt tải điện.

Người ta sử dụng đồng để làm dây dẫn điện bởi một số lí do sau:

- Dựa vào bảng 17.1 giá trị điện trở suất của một số kim loại ở 20\(^0C\), ta thấy điện trở suất của đồng chỉ lớn hơn của bạc nên nó dẫn điện tốt sau kim loại bạc.

- Nhưng bạc là kim loại đắt tiền hơn đồng, nên chi phí sử dụng bạc cao hơn. Về mặt lợi ích kinh tế người ta sẽ chọn sử dụng đồng thay vì dùng bạc.

Công thức (17.1): R=\(\frac{U}{I}\)

Công thức (17.3): I=\(\frac{U}{R}\)

Về mặt toán học thì hai công thức trên tương đương nhau. Nhưng về mặt vật lí thì hai công thức trên không tương đương nhau. Vì:

- Công thức (17.1) cho ta biết được đơn vị của điện trở, \(1Ω\) là điện trở của một vật dẫn mà khi đặt một hiệu điện thế 1 V vào hai đầu vật dẫn thì dòng điện chạy qua vật dẫn có cường độ 1 A.

- Công thức (17.3) cho ta thấy cường độ dòng điện I chạy qua một điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào hai đầu điện trở.

Cường độ dòng điện: I=\(\frac{U}{R}=\frac{1,5}{0,6}=2,5A\)

Điện trở của đoạn dây bằng đồng: R=\(\frac{U}{I}=\frac{25}{6}\)=\(4,2Ω\)

a) Vẽ đường đặc trưng vôn – ampe

b) Điện trở của dây dẫn: \(R=\rho \frac{l}{S}=\rho \frac{l}{\pi\left(\frac{d}{2}\right)^2}=1,69 . 10^{-8} \cdot \frac{10}{\pi \cdot\left(\frac{1.10^{-3}}{2}\right)^2}=0,22 \Omega\)
Điện trở theo đường đặc trưng vôn - ampe: \(R=\frac{U}{I}=\frac{1}{4,62}=0,22 \Omega\)
Ta thấy điện trở của đoạn dây dẫn bằng với giá trị thu được từ đường đặc trưng vôn -ampe.

Khi nhiệt độ đèn sợi đốt càng tăng, dao động của các ion dương tại các nút mạng càng mạnh và sự hỗn loạn đóng góp vào chuyển động của các electron càng tăng. Kết quả là sự va đập giữa các electron và các ion dương xảy ra với tần số lớn hơn, điều này có nghĩa chuyển động có hướng tạo nên dòng điện của các electron bị cản trở nhiều hơn. Nói cách khác, điện trở kim loại của đèn sợi đốt tăng theo. Khi đó độ sáng của đèn giảm dần, tuổi thọ bóng đèn giảm.

Nhiệt điện trở được dùng làm cảm biến nhiệt trong các máy móc thiết bị như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh,... Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện.

Ví dụ ứng dụng của điện trở nhiệt NTC

Điện trở nhiệt NTC sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.

- Mục đích chính của điện trở nhiệt NTC là để ngắt và bảo vệ nhiệt và nó được dùng phổ biến trong các bảng mạch điện tử. Các bảng mạch này có thể là cảm biến của tủ lạnh, nồi cơm, cảm biến nhiệt của điều hòa nhiệt độ, lò vi sóng, lò nướng, bếp cảm ứng, lò điện, ấm đun bằng điện, bể khử trùng, ….

- Dùng để đo lường và bù nhiệt ở những thiết bị tự hoạt động trong văn phòng như máy in, máy photocopy,….

- Kiểm tra, đo lường nhiệt độ và được ứng dụng trong các ngành dự báo thời tiết, chế biến thực phẩm hay y tế, dược phẩm,.…

- Bảo vệ bộ sạc pin cũng như nhiệt độ của pin.

- Bù nhiệt vòng lặp trong cặp nhiệt điện và các thiết bị, mạch tích hợp.

- Giúp bảo vệ quá trình phát nhiệt ở những bộ cấp nguồn điện.

Sử dụng công thức: \(R=\rho \frac{l}{S} \Rightarrow 12,1=\rho \cdot \frac{1000}{1,5 .10^{-6}} \Rightarrow \rho=1,815 .10^{-8} \Omega m\)

a) Nhìn vào đồ thị, kẻ một đường thẳng song song với trục I ta thấy với cùng một giá trị hiệu điện thế ta thấy \(\mathrm{I}_1>\mathrm{I}_2\) có nghĩa là điện trở \(\mathrm{R}_1<\mathrm{R}_2\).
b) Điện trở \(R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{10}{1,25}=8 \Omega\)
Điện trở \(R_2=\frac{U_2}{I_2}=\frac{10}{0,5}=20 \Omega\)