Vì sao vật dẫn cản trở dòng điện?
Khi tăng điện áp, dòng qua điện trở kim loại có thể tăng tỉ lệ, nhưng qua bóng đèn đang nóng lên thì quan hệ không còn thẳng như vậy.
Định luật Ohm và đường đặc trưng I–U
Với vật dẫn tuân theo Ohm ở nhiệt độ không đổi:
$$I=U/R.$$
Đồ thị I theo U là đường thẳng qua gốc, độ dốc 1/R. Nếu đổi thành đồ thị U theo I thì độ dốc là R. Điện trở đơn vị ohm (Ω), 1 Ω = 1 V/A.
Điện trở gắn với sự cản trở chuyển động có hướng của hạt tải điện. Kim loại thông thường có điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Dây tóc bóng đèn nóng dần nên đường I–U cong; không coi U/I ở mọi điểm là cùng một hằng số. Điện trở nhiệt có loại giảm theo nhiệt độ (NTC) và loại tăng (PTC), cần đọc đúng loại linh kiện.
Điện trở của dây và điều kiện nhiệt độ
Với dây đồng chất có tiết diện đều, R = ρl/S. ρ là điện trở suất, đơn vị Ω·m; l tính bằng m, S bằng m². Dây dài hơn cản dòng nhiều hơn, tiết diện lớn hơn có điện trở nhỏ hơn khi cùng vật liệu và nhiệt độ.
Ví dụ ρ = 2,0 × 10⁻⁸ Ω·m, l = 5,0 m, S = 0,50 mm² = 5,0 × 10⁻⁷ m² thì R = 0,20 Ω. Nếu đề nói kéo dây để chiều dài gấp đôi mà thể tích không đổi, tiết diện giảm một nửa; khi giữ ρ, điện trở tăng bốn lần. Không chỉ tính tác động của chiều dài.
Trong khoảng nhiệt độ phù hợp, khi đề cho hệ số α và mô hình R = R₀[1 + α(t − t₀)], ta thay độ tăng nhiệt độ vào. Ví dụ R₀ = 10 Ω, α = 0,004 K⁻¹ và tăng 25°C thì R = 11 Ω. Độ tăng 25°C bằng độ tăng 25 K; không cộng 273 vào hiệu nhiệt độ.
Ví dụ: đọc điện trở từ U và I
Điện trở ở nhiệt độ ổn định có U = 6 V, I = 0,3 A. $R=6/0{,}3=20$ Ω. Nếu tăng U lên 8 V mà nhiệt độ không đổi, I = 0,4 A. Trên I–U, độ dốc là 0,05 A/V; nghịch đảo của độ dốc mới là 20 Ω.
Áp dụng
Trên cùng hệ trục (trục đứng $I$, trục ngang $U$) và cùng thang đo, đặc trưng của hai điện trở tuân định luật Ohm là hai đường thẳng qua gốc. Đường dốc hơn ứng với điện trở như thế nào?
R là nghịch đảo độ dốc trên I–U.
Đúng với cùng hệ trục và điều kiện Ohm.
Cùng đi qua gốc không có nghĩa cùng độ dốc; trên đồ thị $I$–$U$, độ dốc bằng $1/R$.
Có thể so sánh nghịch đảo độ dốc.
Lời giải
Với đường thẳng Ohm trên trục đứng $I$, trục ngang $U$, độ dốc $I/U=1/R$. Đường dốc hơn có $R$ nhỏ hơn.
Áp dụng
Nếu dây kim loại nóng lên đáng kể trong lúc tăng $U$ để khảo sát đặc trưng $I$–$U$, nhận xét nào phù hợp?
Khi $R$ tăng, tỉ số $I/U=1/R$ giảm. Không thể kết luận độ dốc của đồ thị $I$–$U$ bắt buộc tăng.
Đúng. Nhiệt độ là điều kiện cần giữ khi kiểm định luật Ohm cho dây.
Điện trở dây kim loại có thể thay đổi khi nhiệt độ tăng.
Dây nóng có thể làm $I$ tăng ít hơn dự kiến, nhưng không suy ra bắt buộc giảm.
Lời giải
Dòng điện có thể làm dây nóng lên và thay đổi điện trở. Khi đó tăng $U$ không còn là phép so trên cùng một $R$, nên đường $I$–$U$ có thể lệch khỏi đường thẳng của mô hình ở nhiệt độ ổn định. Chọn B.
Đọc bảng để kiểm định luật Ohm
Bảng minh họa hai vật dẫn:
| U (V) | I của X (A) | I của Y (A) |
|---|---|---|
| 2 | 0,10 | 0,10 |
| 4 | 0,20 | 0,16 |
| 6 | 0,30 | 0,20 |
Với X, U/I đều bằng 20 Ω nên các điểm phù hợp đường thẳng qua gốc trong miền đo. Với Y, U/I lần lượt 20 Ω, 25 Ω, 30 Ω; không dùng một R = 20 Ω cho cả bảng. Đường cong có thể do linh kiện nóng lên, nhưng chỉ từ bảng chưa xác định duy nhất vật liệu hoặc cơ chế.
Muốn đo đặc trưng, ampe kế mắc nối tiếp nhánh cần đo, vôn kế song song hai đầu vật dẫn. Thay điện áp từng mức vừa đủ, đọc cả I và U; nêu điều kiện nhiệt độ và ảnh hưởng dụng cụ nếu có.
Những điều cần nhớ
Ohm cần điều kiện vật dẫn và nhiệt độ. Độ dốc là R hay 1/R tùy trục.
Đang học