Bài 18: Nguồn điện

Nguồn điện có thể tạo ra và duy trì dòng điện là do có sự chênh lệch điện thế giữa hai cực của nguồn điện.

Đại lượng suất điện động và điện trở trong đặc trưng cho nguồn điện.

Hạt mang điện trong dây dẫn là dòng các electron di chuyển từ cực âm qua dây kim loại về cực dương của nguồn điện, mặt khác để duy trì hiệu điện thế giữa hai cực thì bên trong nguồn các electron này phải tiếp tục được đẩy về cực âm.

Hạt mang điện trong nguồn điện là electron di chuyển từ bản cực dương về cực âm dưới tác dụng của lực lạ, các điện tích dương di chuyển ngược chiều với chiều di chuyển của các electron tức là các điện tích dương di chuyển về bản cực dương.

Một electron từ cực dương sang cực âm của nguồn, tức là electron dịch chuyển cùng chiều điện trường.

Công cần thiết: \(A=qE=−1,6.10^{-19}.12=−1,92.10^{-18}J\) Công này là công cản.

- Pin tiểu: pin 2A (hoặc pin AA) là loại pin thường dùng trong các thiết bị điện tử cầm tay như đồng hồ treo tường, điều khiển,… đôi khi loại pin này còn được gọi là pin tiểu con Ó hoặc pin tiểu hay pin con Thỏ. Loại pin này được dùng phổ biến hơn loại 3A. Pin AA thường có trọng lượng chỉ từ 23 gam, còn đường kính thì từ 13,5 đến 14,5 mm và chiều dài khoảng từ 49,2 mm đến 50,5 mm. Các thiết bị được thiết kế cho pin AA (pin 2A) thường chỉ có điện áp 1,5V.

- Pin trung: (còn gọi là pin C) có kích thước 50 x 26 mm, thông dụng trên thị trường. Có dung lượng trung bình là khoảng 6000 mAh. Pin có hình trụ tròn và được sử dụng linh hoạt trong các thiết bị thông dụng như đài cát - sét,… Có 2 loại pin C chính: pin dùng một lần và pin sạc. Pin dùng một lần có nhiều loại chất liệu nhưng có hai loại chính là Carbon và Alkaline (kiềm).

- Pin đại: (hay còn gọi là pin D) hay còn gọi là pin LR20, đây là loại pin có dung lượng lớn nhất trong các loại pin hình trụ, với dung lượng tối đa lên tới 12 000 mAh, nên chúng rất phù hợp để sử dụng trong các mẫu đèn pin cỡ lớn. Pin thường có kích thước là 60 x 34 mm. Như hình dưới là pin có dung lượng 500 mAh – 9V.

- Pin sạc và Ắc quy:

Điện lượng (Ah): Là dòng ắc quy có thể cung cấp liên tục trong khoảng thời gian nhất định cho đến khi điện áp ắc quy hạ xuống dưới mức “điện áp cắt” (10,5 V đối với ắc quy 12 V). Thông số điện tích của ắc quy do nhà sản xuất công bố thường được tính khi phát điện với dòng điện nhỏ trong 20 giờ.

Ví dụ: Bình ắc quy 100 Ah sẽ phát được dòng điện 5 A trong 20 giờ, khi dòng điện phát ra càng lớn thì thời gian phát điện càng ngắn.

Điện áp cắt: Hay còn gọi là “Điện áp ngắt” là mức mà bạn không nên để ắc quy phát điện tiếp, nếu cứ để ắc quy phát điện ở dưới mức ngừng thì sẽ:

- Giảm tuổi thọ: Ví dụ như, nếu ắc quy còn 80% mà đã nạp thì tuổi thọ khoảng 25.000 chu kỳ, còn nếu để còn 20% mới nạp thì tuổi thọ khoảng 7000 chu kỳ.

- Hỏng ắc quy hoàn toàn: Điều này thường xảy ra khi dùng nhiều ắc quy mắc nối tiếp nhau. Khi một hay nhiều ắc quy trong dãy đó đã phát hết điện mà những cái khác chưa hết điện và ta tiếp tục dùng thì ắc quy hết điện trước sẽ bị đảo cực và hỏng hoàn toàn.

Điện áp cắt được quy định bởi nhà sản xuất và phụ thuộc vào dòng phóng.

- Điện áp (Voltage): Là chỉ số đo điện thế chênh lệch giữa hai đầu cực của ắc quy. Điện áp ắc quy có thể là 12 V hoặc 24 V…

- Công suất (W): Năng lượng dùng để khởi động động cơ cũng có thể được tính bằng Watt (W).

Khi di chuyển bên trong nguồn từ một cực sang cực còn lại dưới tác dụng của lực lạ, sự chuyển động của các điện tích có bị cản trở dưới tác dụng của điện trường giữa hai cực, sự va chạm với các hạt vật chất cấu tạo nên nguồn.

Trường hợp khoá K mở: \(U_V=E\)

Trường hợp khoá K đóng: \(U_V=E−Ir\)

Số chỉ của vôn kế trường hợp khoá K đóng nhỏ hơn số chỉ vôn kế trường hợp khoá K mở vì có độ giảm thế trên điện trở trong.

Điện trở trong của pin: \(r=\frac{\mathrm{E}-U}{I}=\frac{9-8,9}{0,1}=1 \Omega\)

Pin là nguồn điện nên có cực âm (-) và cực dương (+), nếu để nơi ẩm ướt, thì hơi nước trong không khí có thể vô tình trở thành dây dẫn điện, làm cho pin hoạt động giống như trong một mạch điện kín, pin sẽ mau hết pin, đồng thời gây ẩm ướt bên trong viên pin, pin nhanh hỏng.

Hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn: \(U=E−Ir=6−1,4.0,5=5,3V\)

a) Ta có biểu thức: \(U=I R=\mathrm{E}-I\left(R_0+r\right)\)
Khi \(\mathrm{I}=0 \mathrm{~A}\) thì \(\mathrm{U}=12 \mathrm{~V} \Rightarrow \mathrm{E}=12 \mathrm{~V}\)
b) Ứng với điểm \(M\) thì \(I=1,6 \mathrm{~A}\) thì \(U=8,25 \mathrm{~V}\)
\(\Rightarrow U=I R \Rightarrow 8,25=1,6 R \Rightarrow R=5,15 \Omega\)