Vật lý lớp 11: Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn

1. Định nghĩa về suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn 

Suất điện động, hay còn được gọi là lực điện động (viết tắt là EMF từ tiếng Anh "electromotive force", đơn vị đo là volt), là một đại lượng quan trọng đặc trưng cho khả năng của một nguồn điện thực hiện công trong mạch điện. Điều này được đo bằng thương số giữa công A của lực điện khi di chuyển một điện tích dương từ cực âm đến cực dương bên trong nguồn điện và độ lớn của chính điện tích đó. Suất điện động là một đại lượng quan trọng trong lĩnh vực điện học, và nó có mối liên quan chặt chẽ đến hiệu điện thế.

Một cách hiểu đơn giản, suất điện động thể hiện sự khả năng của một nguồn điện để thúc đẩy các điện tử di chuyển từ một điểm có năng lượng thấp đến một điểm có năng lượng cao hơn trong mạch điện. Điều này tương đương với việc cung cấp năng lượng cho các điện tử để chuyển động trong mạch điện.

Suất điện động thường được áp dụng để mô tả các nguồn điện như pin, acquy và các nguồn điện khác. Nó cho biết mức năng lượng mà các điện tử có thể nhận từ nguồn điện và cung cấp cho chúng khả năng thực hiện công việc trong mạch điện.

Giá trị cụ thể của suất điện động thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất của vật liệu được sử dụng trong nguồn điện, sự chênh lệch điện thế giữa các điểm trong mạch, cũng như các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ và điện trở của mạch điện. Suất điện động là một trong những khái niệm cơ bản và quan trọng nhất trong lĩnh vực điện học và là nền tảng cho việc hiểu và thiết kế các mạch điện và các hệ thống điện.

-   Có thể ghép nhiều nguồn thành bộ (bộ nguồn điện) theo một trong các cách dưới đây

- Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn được ghép nối tiếp với nhau, cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp như sơ đồ sau:

Hoặc

2. Ứng dụng của suất điện động

Suất điện động là một khái niệm quan trọng và có rất nhiều ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của suất điện động:

- Nguồn điện: Suất điện động được sử dụng để mô tả khả năng của các nguồn điện như pin, bộ biến áp và nguồn điện khác để tạo ra điện áp và dòng điện trong mạch điện. Điều này quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị và hệ thống khác nhau.

- Điện tử: Suất điện động là yếu tố quan trọng trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính, máy tính bảng và các thiết bị khác. Nó cung cấp nguồn điện cần thiết để hoạt động cho các linh kiện điện tử như vi mạch và màn hình.

- Mạch điện: Suất điện động được sử dụng trong thiết kế mạch điện để tính toán và kiểm tra các thông số như điện áp, dòng điện, và hiệu suất của mạch. Điều này giúp đảm bảo rằng các mạch điện hoạt động đúng cách và đáp ứng yêu cầu.

- Công nghệ điện: Suất điện động được sử dụng trong các ứng dụng công nghệ điện như điện tử công suất, hệ thống điện năng lượng mặt trời, điện tử công nghiệp và các hệ thống điện tử khác. Nó giúp điều khiển và cung cấp năng lượng cho các thiết bị và quá trình sản xuất.

- Nghiên cứu khoa học: Suất điện động được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học để đo và phân tích các thông số điện học của các vật liệu và mạch điện. Điều này hỗ trợ trong việc phát triển và hiểu rõ hơn về các công nghệ điện mới.

- Điện hóa: Suất điện động được sử dụng trong các quá trình điện hóa như điện phân và mạ điện để điều khiển và đo lường sự di chuyển của các ion và điện tử trong dung dịch. Điều này có ứng dụng trong việc sản xuất và tạo ra các sản phẩm hóa học. Suất điện động đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và đo lường các quá trình điện hóa, góp phần quan trọng vào quá trình sản xuất và tạo ra các sản phẩm hóa học quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và khoa học.

- Đo lường và kiểm tra: Suất điện động được sử dụng trong các thiết bị đo lường và kiểm tra để đo đạc và kiểm tra các thông số điện tử và mạch điện. Điều này quan trọng trong việc đảm bảo sự hoạt động đáng tin cậy của các thiết bị và hệ thống. Suất điện động đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu chính xác và đáng tin cậy về các thông số điện tử và mạch điện. Điều này làm cho nó trở thành một công cụ quan trọng trong việc bảo đảm sự hoạt động ổn định và an toàn của các thiết bị và hệ thống điện tử.

Tổng cộng, suất điện động đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện và đo lường các thông số điện tử trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống và công nghiệp. Nhờ vào khả năng này, chúng ta có thể sử dụng điện hiệu quả và phát triển các công nghệ mới trong tương lai.

3. Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn 

Suất điện động của bộ và điện trở trong của bộ nguồn nối tiếp tính như sau: 

ξb = ξ1 + ξ2 + ξ3 +….+ξn

rb = r1 + r2 + … + rn.

Trong đó:

+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ ξ1; ξ2; … là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

+ r1; r2; … là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

Trường hợp có n nguồn giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động ξ và điện trở trong r ghép nối tiếp:

ξb = nξ ; rb = nr.

Trong đó:

+ n là số nguồn của bộ nguồn ghép nối tiếp,

+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ ξ là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

+ r là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

- Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn mắc song song khi có n nguồn giống nhau mỗi nguồn có suất điện động ξ và điện trở trong r là:

Trong đó:

+ n là số nguồn của bộ nguồn ghép song song,

+ ξb là suất điện động của bộ nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ ξ là suất điện động của mỗi nguồn, có đơn vị vôn (V);

+ rb là điện trở trong của bộ nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

+ r là điện trở trong của mỗi nguồn, có đơn vị ôm (Ω);

4. Mở rộng cách tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn 

Có thể kết hợp hai cách mắc nguồn điện song song và nối tiếp thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng. Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm n dãy ghép song song, mỗi dãy gồm m nguồn điện giống nhau ghép nối tiếp như sơ đồ sau