Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề Công nghệ kỹ thuật ĐiệnĐiện tử CĐTC)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN
NGÀNH, NGHỀ: CNKT ĐI N ĐI N T
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2018


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
K thu t điện là một trong nh ng môn học c sở c a nghề Công nghệ k thu t
Điện – Điên tử đ được biên soạn d a theo chư ng trình khung đ x y d ng và ban
hành n m 2018 c a trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Công
nghệ k thu t Điện – Điện tử hệ Cao đẳng và Trung cấp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p giảng dạy ở trình độ Trung cấp
nên tài liệu đ được x y d ng ở mức độ đ n giản và dễ hiểu trong mỗi bài học đều có
thí dụ và bài t p tư ng ứng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết.
Khi biên soạn người viết đ d a trên kinh nghiệm th c tế giảng dạy tham
khảo đồng nghiệp tham khảo các giáo trình hiện có và c p nh t nh ng kiến thức mới

có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu
đào tạo nội dung được biên soạn gắn với nhu c u th c tế.
Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 tiết
gồm có:
Chư ng 1 MH07-01: Các khái niệm c bản về mạch điện.
Chư ng 2 MH07-02: Mạch điện một chiều.
Chư ng 3 MH07-03: Dòng điện xoay chiều hình sin.
Chư ng 4 MH07-04: Mạch ba pha.
Giáo trình c ng là tài liệu tham khảo t t cho các nghề Điện tử công nghiệp
Điện tử dân dụng Điện công nghiệp K thu t máy lạnh & ĐHKK.
Mặc dù đ c gắng t chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng
không tránh được nh ng thiếu sót. Rất mong nh n được s đóng góp kiến c a Qu
th y cơ các bạn sinh viên để l n tái bản sau sẽ điều ch nh hoàn thiện h n.
Đồng Tháp, ngày tháng
Tham gia biên soạn

n m 2018

1


MỤC LỤC

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN…………………………………………………………1
Tên môn học: KỸ THUẬT ĐIỆN .............................. Error! Bookmark not defined.
2.1

Các định lu t và biểu thức c bản trong mạch điện một chiều ...........................15

2.1.1

Định lu t Ohm..................................................................................................15

2.1.2

Công suất và điện n ng trong mạch điện một chiều ........................................16

2.1.3

Định lu t Joule-Lenz ........................................................................................17

2.1.4

Định lu t Faraday .............................................................................................17

2.1.5

Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện) .........................18

2.1.6

Định lu t Kirchhoff 1 (K1) ..............................................................................19

2.1.7

Định lu t Kirchhoff 2 (K2) ..............................................................................19

2.2

Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều .......................................................20

2.2.1.

Phư ng pháp biến đ i điện trở .........................................................................20

2.2.2.

Phư ng pháp xếp chồng ...................................................................................20

2.2.3.

Phư ng pháp ứng dụng định lu t Kirchhoff ....................................................21

2.2.4.

Phư ng pháp dòng điện nhánh.........................................................................22

2.2.5.

Phư ng pháp dòng điện mạch vòng .................................................................23

2.2.6.

Phư ng pháp điện áp nút ................................................................................24

2.2.7.

Phép biến đ i mạng một cửa (hai c c) không nguồn ......................................26

2.2.8.

Phép biển đ i Thevenin – Norton ....................................................................27

3.1.

Khái niệm về dòng điện xoay chiều ....................................................................33

3.1.1.

Dòng điện xoay chiều ......................................................................................33

3.1.2.

Chu kỳ và t n s c a dịng điện xoay chiều .....................................................33

3.1.3.

Dịng điện xoay chiều hình sin.........................................................................34

3.1.4.

Các đại lượng đặc trưng ...................................................................................34
2


3.1.5.

S lệch pha gi a điện áp và dòng điện: ...........................................................34

3.1.6.

Biểu diễn dịng điện xoay chiều hình sin bằng đồ thị vect ............................35

3.2.
3.2.1.
3.3.

Giải mạch điện xoay chiều không ph n nhánh ...................................................35
Giải mạch R-L-C..............................................................................................36
Giải mạch điện xoay chiều ph n nhánh ..............................................................40

3.3.1.

Phư ng pháp đồ thị vect ................................................................................40

3.3.2.

Phư ng pháp biên độ phức ..............................................................................40

3.3.3.

Biểu diễn hình sin bằng s phức ......................................................................42

3.3.4.

Giải mạch xoay chiều bằng phư ng pháp biên độ phức ..................................43

3.4.

Cơng suất c a dịng điện hình sin ........................................................................47

3.4.1.

Cơng suất tác dụng (P) .....................................................................................47

3.4.2.

Công suất phản kháng (Q) ...............................................................................48

3.4.3.

Công suất biểu kiến (S) ....................................................................................48

3.4.4.

Phư ng pháp n ng cao hệ s công suất: ..........................................................48

CHƯƠNG 4 : MẠCH BA PHA ....................................................................................59
4.1.

Khái niệm chung .................................................................................................59

4.1.1.

Hệ th ng ba pha c n bằng ................................ Error! Bookmark not defined.

4.1.2.

Đồ thị dạng sóng và đồ thị vect ..................... Error! Bookmark not defined.

4.1.3.

Đặc điểm và

4.2.

nghĩa ........................................ Error! Bookmark not defined.

S đồ dấu d y trong mạng ba pha c n bằng ........ Error! Bookmark not defined.

4.2.1.

Cách đấu hình sao (Y)...................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.2.

Cách đấu hình tam giác (  ) ............................ Error! Bookmark not defined.

4.3.

Công suất mạng ba pha c n bằng ........................................................................63

4.3.1.

Công suất tác dụng P........................................................................................63

4.3.2.

Công suất phản kháng Q ..................................................................................64

4.3.3.

Công suất biểu kiến ..........................................................................................64

4.4.

Phư ng pháp giải mạng ba pha c n bằng ............................................................64
3


4.4.1.

Khi không xét t ng trở đường d y ...................................................................64

4.4.2.

Khi có xét đến t ng trở đường d y ..................................................................65

5.1.

Mạng ba pha bất đ i xứng ...................................................................................66

5.1.1.

Mạng ba pha bất đ i xứng ...............................................................................66

5.1.2.

Khi có xét đến t ng trở đường d y ..................................................................70

5.2.

Giải mạch ba pha có nhiều nguồn tác động ........................................................71

5.2.1.

Hai định lu t Kirchooff dạng phức ..................................................................71

5.2.2.

Phư ng pháp dòng điện nhánh.........................................................................71

5.2.3.

Phư ng pháp dòng điện mạch vịng .................................................................71

5.3.

Giải mạch có thơng s nguồn phụ thuộc .............................................................72

5.3.1.

Các nguồn áp n i tiếp ......................................................................................72

5.3.2.

Các nguồn dòng song song ..............................................................................72

4

CHƢƠNG 1 : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN.
Mã chƣơng MH07 - 01

Giới thiệu:
- Ph n tích được nhiệm vụ vai trò c a các ph n tử cấu thành mạch điện như:
nguồn điện d y dẫn phụ tải thiết bị đo lường đóng cắt...
- Giải thích được cách x y d ng mơ hình mạch điện các ph n tử chính trong
mạch điện. Ph n biệt được ph n tử l tưởng và ph n tử th c.
- Ph n tích và giải thích được các khái niệm c bản trong mạch điện hiểu và v n
dụng được các biểu thức tính tốn c bản.
- Rèn luyện tính cẩn th n t m trong tính tốn.
Nội dung chính:
1.1.

Mạch điện và mơ hình

1.1.1. Mạch điện
o Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện điện tử ghép lại thành vịng kín có
dịng điện trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt biến đ i n ng lượng
Mỗi ph n tử trong mạch th c hiện một chức n ng xác định gọi là ph n tử mạch
điện. Có 2 loại ph n tử chính là nguồn và phụ tải.
o Nguồn điện: là thiết bị tạo ra điện n ng. Về nguyên l

nguồn điện là thiết bị biến

đ i các dạng n ng lượng như c n ng hóa n ng nhiệt n ng … thành điện n ng. Ví
dụ: Máy phát điện ắc quy pin mặt trời …
o Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ n ng lượng và biến đ i điện n ng thành các dạng
n ng lượng khác như c n ng nhiệt n ng quang n ng …. Ví dụ: động c điện bếp

điện đèn điện…
- C c c a ph n tử điện là các đ u ra. Ph n tử có thể 2 c c 3 c c 4 c c …
- Trên các c c c a ph n tử có dịng điện điện áp và cơng suất.
1.1.2. Các hiện tƣợng điện từ
Các hiện tượng điện từ c a thiết bị điện gồm rất nhiều như: tiêu tán phóng thích tạo
sóng tạo xung phát c n ng khuếch đại ch nh lưu…. Tuy nhiên xét về th c tiễn có
thể ph n tích mọi q trình trao đ i n ng lượng thành nhóm các hiện tượng c bản sau
đ y:
- Hiện tượng tiêu tán n ng lượng ứng với vùng tiêu tán là vùng biến n ng lượng điện
từ thành các dạng n ng lượng khác như: c n ng nhiệt n ng… (tức là vùng tiêu thụ
mất n ng lượng c a trường điện từ).
5


- Hiện tượng phát ứng với vùng (nguồn) phát là vùng biến các dạng n ng lượng khác
thành n ng lượng điện từ.
- Hiện tượng tích phóng n ng lượng điện trường là vùng n ng lượng điện từ t p trung
vào vùng điện trường c a một không gian như các bản c c tụ điện cuộn d y… .
1.1.3. Mơ hình mạch điện
Mơ hình mạch dùng trong l thuyết mạch điện được x y d ng từ các ph n tử mạch l
tưởng sau đ y:
o

Phần tử điện trở R: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tiêu
tán n ng lượng điện từ. Công suất tiêu tán P = RI2

-

K hiệu ph n tử điện trở R (hình 1-1)

-

Với quan hệ u = Ri(V)

-

Đ n vị điện trở R là Ohm[  ]

Hình 1 - 1.

o Phần tử điện cảm L: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
tích phóng n ng lượng từ trường.
-

N ng lượng từ trường: W  1/ 2* Li 2

-

K hiệu ph n tử điện cảm L (hình 1-2).

-

L là thông s c bản c a mạch điện đặc trưng cho hiện tượng

Hình 1 - 2.

phong tích n ng lượng trường từ được gọi là điện cảm.
-

Đ n vị điện cảm L là Henry [H]

o Phần tử điện dung C: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
tích phóng n ng lượng điện trường.
-

K hiệu ph n tử điện dung C(hình 1-3).

-

N ng lượng điện trường: W  1/ 2* CU 2 .

-

Đ n vị điện dung C là Fara [F]

Hình 1 - 3.

o Phần tử nguồn độc lập: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
nguồn ph n tử nguồn gồm hai loại:
Ph n tử nguồn áp e(t)

Hình 1 - 4.

- K hiệu ph n tử nguồn áp (hình 1-4)

6


- Với quan hệ u(t) = e(t) trong đó e(t) khơng phụ thuộc dịng
điện i(t) chảy qua ph n tử và được gọi là sức điện động.

o Ph n tử nguồn dòng j(t)
- K hiệu ph n tử nguồn dòng (hình 1-5)
- Với quan hệ i(t) = j(t) trong đó j(t) khơng phụ thuộc điện áp

Hình 1 - 5.

u(t) đặt trên 2 c c c a ph n tử
- e(t) và j(t) là hai thông s c bản c a mạch điện đặt trưng
cho hiện tượng nguồn do có khả n ng phát c a nguồn.
o Phần tử nguồn phụ thuộc: là ph n tử nguồn mà
chúng phụ thuộc vào dịng điện hay điện áp nào đó
c a mạch.
Ph n tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình 1-6a)
(VCVS – Voltage Controlled Voltage source).
- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 c a mạch.
- Với u2 =  u1;  : khơng thứ ngun
Ph n tử nguồn áp phụ thuộc dịng: (hình 1-6b)
(CCVS – Current Controlled Voltage source)
- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1c a mạch.
- Với u2 = r.i1; r: thứ nguyên  (Ohm)
Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc áp: (hình 1-6c)
(VCCS – Voltage Controlled Current source)
- Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc này phát ra dòng
điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1 theo hệ thức
Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 c a mạch.
- Với i2=gu1 : g thứ nguyên S(Siemen) hay 1
Ph n tử nguồn dịng phụ thuộc dịng:(hình1-6d)
(CCVS – Current Controlled Current source)
- Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào dòng i1 c a mạch.
- Với i2 =  i1:  không thứ nguyên.

Hình 1 - 6.
7


1.2.

Các khái niệm cơ bản trong mạch điện

Cƣờng độ dòng điện
-

Dịng điện: là dịng các điện tích dịch chuyển có hướng.

-

Chiều dịng điện là chiều chuyển động dịng điện tích dư ng.

-

Cường độ dòng điện: (gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một
bề mặt nào đó (tiết diện ngang c a d y dẫn) trong một đ n vị thời gian.

-

Đ n vị cường độ dòng điện là Ampere (A).

-

K hiệu: i

-

Trong tính tốn i là đại lượng đại s kèm theo chiều dư ng qui ước.

-

Sau khi giải:
o Nếu i dư ng: Chiều th c c a dòng điện trùng với chiều dư ng qui ước.
o Nếu i m: Chiều ngược lại.

Ví dụ:
Dịng điện một chiều (DC)

Hình 1 - 7.

Dịng điện xoay chiều (AC)

Dạng tín hiệu dịng điện một chiều và xoay chiều

Điện áp
-

Là cơng sinh ra khi 1 đ n vị điện tích dư ng dịch chuyển từ A đến B.

-

Với UAB = φA - φB; φA và φB là điện thế điểm A và B.

-

Đ n vị : Volt (V)

-

K hiệu : U

Trong tính tốn điện áp U là lượng đại s theo chiều xác định ví dụ UAB. Khi
UAB > 0 thế A cao h n thế B và UAB < 0 thế B cao h n thế A.
Ví dụ:
Điện áp một chiều (DC)

Điện áp xoay chiều (AC)

8


Dạng tín hiệu điện áp một chiều và xoay chiều

Hình 1 - 8.

Công suất (P)
Trong mạch điện một nhánh một ph n tử có thể nh n n ng lượng hoặc phát
n ng lượng. Khi chọn chiều dòng điện và điện áp trùng nhau khi tính tốn cơng suất P
c a nhánh ta có kết lu n sau về quá trình n ng lượng c a nhánh. Ở thời điểm thời nào
đó nếu :
- P = u.i > 0 : nhánh phát n ng lượng.
-

P= u.i < 0 : nhánh nh n n ng lượng.

Khi dịng điện có đ n vị là Ampe (A) và điện áp có đ n vị là Vơn (Volt: V) thì
cơng suất có đ n vị là Watt (W).
Ví dụ
Cơng suất một chiều P = U.I
Công suất xoay chiều P = U.I.Cos
1.3.

Các phép biến đổi tƣơng đƣơng

1.3.1. Biến đổi điện trở nối tiếp, song song
o Điện trở ghép n i tiếp

Hình 1 - 9.

Điện trở ghép n i tiếp

o Điện trở ghép song song

Hình 1 - 10.

Điện trở ghép song song
9


1.3.2. Biến đổi nguồn
o Các nguồn áp n i tiếp

Hình 1 - 11.

Nguồn áp ghép n i tiếp

Chọn chiều dư ng là chiều đi từ A đến B nên E1, E3 mang dấu “dư ng” (vì có chiều
cùng với chiều dư ng đ chọn) và E2 có dấu “ m” (vì có chiều ngược với chiều dư ng
đ chọn).
Nếu chọn chiều “dư ng” là chiều ngược lại đi từ B đến A thì dấu c a E1, E3 và E2 là
ngược lại.

o Các nguồn dịng song song

Hình 1 - 12.

Nguồn dòng song song

Do mạch tư ng đư ng sau khi biến đ i chọn chiều dòng điện là chiều hướng lên trên
cùng chiều với J1 và J3 nên J1 và J3 có dấu “dư ng”. Ngược lại J2 có dấu “ m”
1.3.3. Phép biến đổi sao - tam giác

10


Hình 1 - 13.

S đồ sao và tam giác

Ví dụ: Tìm dịng điện i(t) trong mạch c a hình sau:

Hình 1 - 14.

Bài giải:

Biến đ i tam giác bcd thành hình sao

Hình 1 - 15.

Tiếp tục biến đ i tư ng đư ng ta được

11


d

e

f

g

Hình 1 - 16.

Từ hình (g) ta dễ dàng suy ra:

Bài t p cu i chư ng :
Mạch điện là gì? Nguồn điện là gì? Tải là gị? Hãy cho ví dụ về nguồn điện và

1.1.
tải.
1.2.

Cuờng độ dịng điện là gì? Qui ước chiều dịng điện? Vẽ tín hiệu i(t) = 10 A,

i(t)= 5Sin100t A?
1.3.

Viết công thức biến đ i tư ng đư ng điện trở sao – tam giác? Tam giác – sao?

1.4.

Có một dụng cụ nung nóng khi điện áp c a lưới là 220V thì dịng chạy trong đó

là 5A. H y tính n ng lượng điện trong 1 ngày đêm (24h).
1.5.

Ba bóng đèn có điện trở R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 150 ; đấu song song đặt

vào điện áp U = 120V. Tính điện trở tư ng đư ng dịng điện qua mỗi bóng trong
mạch chính.



U CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƢƠNG 1
Nội dung:
+ Về kiến thức:
+ Các khái niệm c bản.
- K n ng:
12


+ Khả n ng nh n ra bản chất mạch điện tính tốn các bài t p về dịng
điện.
- N ng l c t ch và trách nhiệm:

+ T m cẩn th n nghiêm túc trong th c hiện tính tốn.
2. Phư ng pháp:
+ Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết trắc nghiệm theo các nội
dung kiến thức:
+ Kiểm tra k n ng th c hành bằng khả n ng nh n ra bản chất mạch điện
tính tốn các bài t p về dòng điện.

13


CHƢƠNG 2 : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
Mã chƣơng MH07 -02
Giới thiệu:
Trong th c tế mạch điện một chiều được ứng dụng nhiều ở lĩnh v c điện
điện tử dòng điện một chiều tư ng đ i n định và việc nghiên cứu để giải mạch
điện một chiều là c sở để chuyển đ i và giải các mạch điện biến đ i khác về
dạng mạch điện một chiều và các cách biến đ i các phư ng pháp giải mạch điện
một chiều được nghiên cứu k .
Mục tiêu:
- Trình bày giải thích và v n dụng linh hoạt các biểu thức tính tốn trong mạch
điện DC (dịng điện điện áp cơng suất điện n ng nhiệt lượng...).
- Tính tốn được các thơng s (điện trở dịng điện điện áp cơng suất điện n ng
nhiệt lượng) c a mạch DC một nguồn nhiều nguồn từ đ n giản đến phức tạp.
- Ph n tích được s đồ và chọn phư ng pháp giải mạch hợp l .
- Rèn luyện tính cẩn th n t m trong tính tốn.
Nội dung chính:
2.1.Những khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều
o Dòng điện
Dòng điện một chiều là dịng điện có chiều khơng thay đ i theo thời gian. Mạch điện
có dịng điện một chiều gọi là mạch điện một chiều. Dịng điện có trị s và chiều

không thay đ i theo thời gian gọi là dịng điện khơng đ i.
Dịng điện i có trị s bằng t c độ biến thiên c a điện lượng Q qua tiết diện ngang c a
v t dẫn

i

dQ
dt

e
i

Hình 2 - 1.

Đ n vị c a dịng điện là Ampe (A).
Người ta qui ước chiều c a dòng điện chạy trong v t dẫn ngược chiều với chiều
chuyển động c a điện tử.
o Điện áp
Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế  . Hiệu điện thế gi a hai điểm gọi là
điện áp U đ n vị là Vơn (V).

R

A

B

UAB=
Hình 2 - 2.

Chiều c a điện áp qui ước là chiều có điện thế cao đến chiều có điện thế thấp.
14


Điện áp gi a hai c c c a nguồn điện khi hở mạch ngồi (dịng điện I=0) được gọi là
sức điện động E.
o Công suất
Công suất c a nguồn sức điện động là:
P=EI
Cơng suất c a mạch ngồi là:
P=UI
Đ n vị c a công suất là Oát (W).
2.1 Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều
2.1.1

Định luật Ohm

 Định lu t Ohm cho nhánh điện trở
Định lu t Ohm nói lên m i liên hệ gi a dòng điện qua một đoạn mạch và điện áp gi a
hai đ u đoạn mạch đó.

U

+
I

R

Hình 2 - 3.

Giả sử điện áp đặt vào hai đ u đoạn mạch (v t dẫn) dài l là U nó sẽ tạo ra điện trường
đều có cường độ là:



U
l

Dưới tác dụng c a điện trường các ph n tử dẫn điện sẽ di chuyển tạo thành dòng điện.
Điện trường càng mạnh thì m t độ dịng điện càng lớn tức cường độ dòng điện tỷ lệ
với cường độ điện trường.

   

I
S

ở đ y  được gọi là điện dẫn suất phụ thuộc vào bản chất dẫn điện c a v t liệu. Điện
dẫn suất càng lớn v t liệu dẫn điện càng t t.
Thay giá trị



vào ta được:

I
U

S
l

 I 

S
U  gU
l

g: được gọi là điện dẫn c a đoạn mạch
15


Từ biểu thức trên ta thấy: Dòng điện qua một đoạn d y dẫn tỷ lệ với điện áp gi a hai
đ u đoạn mạch và với điện dẫn c a đoạn mạch đó. Đó là định lu t Ohm cho một đoạn
mạch.
Nghịch đảo c a điện dẫn gọi là điện trở k hiệu R

R

1 1 l
l


g  S
S

 : là điện trở suất c

a v t liệu. Từ đó ta có dạng khác c a định lu t Ohm:

I

U
R

Phát biểu như sau: Dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ thu n với điện áp gi a hai đ u
đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở c a đoạn mạch đó.
 Định lu t Ohm cho nhánh điện trở R mắc n i tiếp sức điện động E
U

I

R

E

Hình 2 - 4.

Được tính theo cơng thức: U = (R).I - E
Sức điện động E và dòng điện I cùng chiều U lấy dấu dư ng (+) ngược lại lấy dấu m
(-).
2.1.2 Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều
Xét một mạch điện chịu tác động ở 2 đ u một điện áp u qua đó sẽ có dịng điện i.
Chiều dư ng dịng điện i và điện áp u như hình sau:

u

+

-

i
Hình 2 - 5.

cơng suất tức thời được xác định theo công thức sau
p(t) = ui
nếu p(t) > 0: ph n tử hấp thụ n ng lượng
p(t) < 0: ph n tử phát ra n ng lượng
Đ n vị: Wats (W)
Đ n vị c a n ng lượng là Jounle (J)
Công suất trên điện trở R :
Công suất trên điện dung C: :
16


Công suất trên điện cảm L:
2.1.3

Định luật Joule-Lenz

2.1.2.1 Định luật Joule_Lenz dạng thƣờng
Ta biết rằng v t dẫn nóng lên khi có dịng điện chạy qua nó. Joule và Lenz đồng thời
bằng th c nghiệm đ tìm ra cơng thức xác định nhiệt lượng Q t a ra trên v t dẫn R khi
có dịng điện I chạy qua nó trong thời gian t.
Q=RI2t
Phát biểu: Nhiệt lượng Q t a ra trên một đoạn d y dẫn khi có một dịng điện I khơng
đ i chạy qua t lệ với điện trở R với bình phư ng cường độ dịng điện và với thời gian
t dòng điện đi qua d y dẫn.
Đ i với dòng điện biến đ i theo thời gian i(t) ta có thể tính nhiệt lượng t a raa trên
đoạn mạch có điện trở R sau thời gian t bằng công thức:
t

Q   Ri 2 dt
0

S t a nhiệt trong các v t dẫn điện có dòng điện chạy qua (gọi là hiệu ứng Joule-Lenz)
gi một vai trò quan trọng trong k thu t điện. Tất cả các dụng dùng để đ t nóng bằng
điện đều d a vào hiệu ứng Joule_Lenz. Tuy nhiên hiệu ứng này c ng có mặt tác hại:
Đó là s t a nhiệt làm hao phí vơ ích trong nguồn điện trong các d y dẫn truyền tải
điện n ng từ nới cung cấp đến n i tiêu thụ.
2.1.2.2 Định luật Joule_Lenz dạng vi phân
C ng như với định lu t Ohm ta có thể biểu diễn định lu t Joule_Lenz dưới dạng vi
ph n để tính nhiệt lượng t a ra trong v t dẫn bất kỳ . Trong trường hợp này ta c n biết
m t độ công suất nhiệt đó là đại lượng có giá trị bằng cơng suất nhiệt tiêu thụ trong
một đ n vị thể tích và trong một đ n vị thời gian được k hiệu w.

dQ  RI 2 dt  

dl
( jdS ) 2 dt   . j 2 .dS .dl.dt   j 2 .dV .dt
dS

Theo định nghĩa m t độ công suất nhiệt được xác định bằng:

w

dV .dt
dQ
  j2
  j2
dV .dt

dS .dl.dt

Đ y là biểu thức dạng vi ph n c a định lu t Joule-Lenz
2.1.4

Định luật Faraday

17


Hiện tượng cảm ứng điện từ do Faraday phát hiện n m 1931
nội dung định lu t phát biểu: Khi từ thơngxun qua vịng
d y biến thiên trong vịng d y sẽ xuất hiện sức điện động
sức điện động (sđđ) có chiều sao cho từ thơng sinh ra nó có
xu hướng ch ng lại s biến thiên c a từ thơng.
Hình 2 - 6.

Nếu chọn chiều dư ng c a sđđ cảm ứng phù hợp với chiều c a từ thông  theo quy
tắc vặn nút chai sđđ cảm ứng trong một vòng d y được viết theo Macxoen như sau:

e

d
dt

Dấu  ch chiều từ thơng đi từ ngồi vào trang giấy.
Nếu cn d y có W vịng d y thì:

e  W
Trong đó: 

d
d

dt
dt

 W gọi là từ thơng móc vịng c

a cuộn d y

Từ thơng có đ n vị là vebe (Wb) sđđ cảm ứng là Vôn (V).
 Bài t p áp dụng 1:
H y xác định trị s và chiều sức điện động cảm
ứng khi lõi sắt chuyển động hướng vào cuộn d y.
Cho biết cuộn d y có 200 vịng và t c độ biến
thiên từ thơng xun qua mỗi vịng d y 0 5 Wb/s.

Hình 2 - 7.

 Bài t p áp dụng 2:
Một cuộn d y 10 vịng hình ch nh t quay trong từ trường
c a một nam ch m. Biết rằng vòng d y quay với v n t c
góc  = 314 rad/s và sau thời gian t từ thông xuyên qua
vịng dây là  = 0.004cos314t (Wb). Tính sức điện động
cảm ứng trong cuộn d y.
Hình 2 - 8.

2.1.5 Hiện tƣợng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện)
18

Hai d y dẫn (M1) và (M2) có bản chất hoá học khác
nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện kín
nếu nhiệt độ ở hai m i hàn là T1 và T2 khác nhau, khi
đó trong mạch xuất hiện một suất điện động e(T1, T2)
mà độ lớn c a nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ gi a
T1 và T2.
Hình 2 - 9.

Hiệu ứng nhiệt điện được ứng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ T2,
thường chọn T2 = 00 C.
2.1.6

Định luật Kirchhoff 1 (K1)

Gọi là định lu t Kirchhoff về dòng điện: T ng đại s các dòng điện tại một nút bất kỳ
bằng khơng.
n

i
k 1

k

0

Trong đó có thể qui ước: các dịng điện có chiều đi vào nút mang dấu “+” cịn đi ra
kh i nút mang dấu “-”.
Ta c ng có thể qui ước ngược lại: đi vào nút mang dấu “-” cịn đi ra kh i nút mang

dấu “+”.
Ví dụ: Cho một nút mạch như hình ta có:
i1 + i2 + i3 – i4 – i5 = 0
i1 + i2 + i3 = i4 + i5
Nghĩa là t ng các dòng điện đi vào nút (đ nh) bằng t ng các
dòng điện ra kh i nút. Định lu t K1 nói lên tính chất liên tục
c a dịng điện.
Hình 2 - 10.

2.1.7

Định luật Kirchhoff 2 (K2)

Gọi là định lu t Kirchhoff về điện áp: T ng đại s các điện áp trên các ph n tử dọc
theo tất cả các nhánh trong một vịng bằng khơng.
n

u
k 1

k

0

Dấu c a điện áp được xác định d a trên chiều dư ng c a điện áp đ chọn so với chiều
c a vòng. Chiều c a vòng được chọn tuỳ (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng
hồ). Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ c c “+” sang c c “-” c a điện áp thì điện
áp mang dấu “+” cịn ngược lại mang dấu “-”.
Ví dụ: Viết phư ng trình K2 cho mạch sau:

19


Hình 2 - 11.

Theo vịng C1: -E1 + uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = 0
Theo vòng C2: -E2 + uR5 + uR3 = 0
 uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = E1
 uR5 + uR3 = E2

2.2 Các phƣơng pháp giải mạch điện một chiều
2.2.1. Phƣơng pháp biến đổi điện trở
- Điện trở ghép n i tiếp

- Điện trở ghép song song

Hình 2 - 12.

Hình 2 - 13.

2.2.2. Phƣơng pháp xếp chồng
Đ y là tính chất c bản c a mạch điện tuyến tính.
Trong mạch điện tuyến tính nhiều nguồn dịng điện qua mỗi nhánh bằng t ng đại s
các dòng điện qua nhánh do tác dụng riêng rẽ c a từng sức điện động (lúc đó các sức
điện động khác coi bằng 0). Nguyên l xếp chồng được ứng dụng nhiều để nghiên cứu
mạch điện có nhiều nguồn tác động.
Tính bằng phư ng pháp xếp chồng th c hiện theo các bước sau:
Bước 1: Thiết l p s đồ điện ch có một nguồn tác động.
Bước 2: Tính dịng điện và điện áp trong mạch ch có một nguồn tác động.
Bước 3: Thiết l p mạch điện cho nguồn tiếp theo và l p lại các bước 1 và 2 cho mỗi

nguồn tác động riêng rẽ.
Bước 4: Xếp chồng (công đại s ) các kết quả tính dịng điện điện áp c a mỗi nhánh
do nguồn tác động riêng rẽ.
Ví dụ: H y tính dịng điện I2 c a mạch điện sau biết rằng E1=E2=40V:
20


I1

I2

I3

R1

R2

R3

2

4

4

E2

E1

Hình 2 - 14.

Bài giải:
Bước 1: Từ s đồ mạch điện đ cho ta biến đ i thành hai s đồ ch có một nguồn tác
động như sau:
I1

I2

I3

R1

R2

R3

2

4

4

R1

I1

2

I2

R

2

4

E1

I3

R3
4

E2

Hình 2 - 15.

Bước 2: Tính I1, I2, I3 cho mạch ch có E1 tác động.
Áp dụng phư ng pháp điện trở và định lu t Ohm.

 I1  10 A,

I2  5 A

Bước 3: Tính I1, I2, I3 cho mạch ch có E2 tác động.
Áp dụng phư ng pháp điện trở và định lu t Ohm.

 I 3  3 A,
Bước 4: Xếp chồng kết quả:

I 2  1A

 I2  5 1  6 A

2.2.3. Phƣơng pháp ứng dụng định luật Kirchhoff
o Các khái niệm c bản c a mạch điện:
 Phụ tải (tải: Load ): là các thiết bị điện tiêu thụ điện n ng để biến đ i thành các
dạng n ng lượng khác như c n ng (động c điện) nhiệt n ng (bàn i điện bếp
điện ấm điện) quang n ng (đèn điện)….
 Mạch điện : là t p hợp các thiết bị điện (nguồn tải d y dẫn …) n i với nhau
trong đó dịng điện có thể chạy qua.
Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh nhiều mạch vòng và nhiều nút


Nhánh : là một bộ ph n c a mạch điện gồm các ph n tử n i tiếp nhau trong đó
có cùng dịng điện chạy qua.
21


 Nút : là chỗ gặp nhau c a các nhánh (từ 3 nhánh trở lên)
 Mạch vòng : Là l i đi khép kín qua các nhánh.
 Vịng mắt lưới: đó là vịng mà khơng chứa vịng nào bên trong nó.
o Các định luật
K1:

K2:
Phƣơng pháp dịng điện nhánh

2.2.4.

Ẩn s c a hệ phư ng trình là dịng điện các nhánh.
Phư ng pháp này ứng dụng tr c tiếp 2 định lu t Kirchhoff 1 và 2 th c hiện theo các
bước sau:
Bước 1: Xác định s nút n s nhánh m. S ẩn c a hệ phư ng trình bằng s nhánh m.
Bước 2: Tùy chọn chiều dòng điện mỗi nhánh.
Bước 3: Viết phư ng trình K1 cho (n-1) nút đ chọn.
Bước 4: Viết phư ng trình K2 cho (m-(n+1)) = (m-n+1) mạch vòng độc l p đ chọn.
Bước 5: Giải hệ m phư ng trình đ thiết l p ta có dịng điện các nhánh.
Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ có: E1 = 125V; E2 = 90V; R1 = 3; R2 = 2;
R3= 4. Tìm dịng điện trong các nhánh và điện áp đặt vào tải R3

Hình 2 - 16.

Giải:
Bước 1: m = 3 n = 2
Bước 2: Chọn chiều dòng điện I1 , I2 , I3 như hình vẽ
Bước 3: Viết phư ng trình Kirchhoff 1 cho điểm A :

I1  I 2  I 3  0

1

Bước 4: Viết phư ng trình Kirchhoff 2 cho mạch vòng:

I1 . R1  I 3 . R3  E1

2
22

 I 2 . R2  I 3 . R3  E2

2

 I1 

E1  I 3 . R3
R1

3

 I2 

I 3 . R3  E 2
R2

3

Giải hệ phư ng trình ta tìm được:

I 3  20  A

; I1  15  A

;

I 2  5  A

Như v y chiều th c c a I2 ngược với chiều đ chọn
Điện áp đặt vào tải R3:

U AB  I 3 . R 3  20.4  80 V 
2.2.5. Phƣơng pháp dòng điện mạch vòng
Ẩn s trong hệ phư ng trình là dịng điện mạch vịng (ẩn s trung gian).
Bước 1: Xác định (m-n+1) mạch vòng độc l p và tùy chọn chiều dịng điện mạch
vịng IV thơng thường nên chọn chiều các dòng điện mạch vòng gi ng nhau thu n
tiện cho việc l p hệ phư ng trình.
Bước 2: Viết phư ng trình K2 cho các mạch vòng theo các dòng điện mạch vòng đ
chọn.
Bước 3: Giải hệ phư ng trình vừa thiết l p ta có các dịng điện mạch vịng.
Bước 4: Tính dịng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng như sau: Dòng điện mỗi
nhánh bằng t ng đại s dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh ấy.
Ví dụ: Xác định dịng điện các nhánh c a mạch điện như hình 2-17. Biết E1  120V ;

E2  110V ; R1  R2  1 ; R3  2  ;

R4  9  ; R5  4 

Hình 2 - 17.

Giải:
Giải bằng phư ng pháp dịng điện vịng
Từ đó l p được hệ phư ng trình (1 2 3)
23