Công thức định luật Ôm và phương pháp giải bài tập có lời giải

Có thể nói định luật Ôm là một trong kiến thức vật lý quan trọng được vận dụng rất nhiều trong chương trình học cấp hai đến cấp 3. Chính vì vậy, các bạn cần nắm được lý thuyết định luật Ôm là gì? Công thức định luật Ôm thì mới có thể giải được các bài tập chính xác. Tất cả sẽ được THPT CHUYÊN LAM SƠN trình bày chi tiết trong bài viết dưới đây

Nội Dung

Định luật ôm là gì?

Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây

Định luật Ohm được đặt tên theo nhà vật lý học người Đức, Georg Ohm, được phát hành trên một bài báo năm 1827, mô tả các phép đo điện áp và cường độ dòng điện qua một mạch điện đơn giản gồm nhiều dây có độ dài khác nhau, Ông trình bày một phương trình phức tạp hơn một chút so với trên để giải thích kết quả thực nghiệm của mình. Phương trình trên là dạng hiện đại của định luật Ohm.

Công thức định luật ôm

I = U/R

Trong đó:

I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A).
V là điện áp trên vật dẫn (V),
R là điện trở (Ω)

Trong định luật Ohm, điện trở R không phụ thuộc vào cường độ dòng điện và R luôn là 1 hằng số.

Tham khảo thêm:

Định luật Ôm đối với toàn mạch

Từ kết quả trên ta thấy: U(N) = U0 – a.I = E – a.I

Với U(N) = UAB = I. R(N) được gọi là độ giảm thế mạch ngoài.

Ta thấy: a = r là điện trở trong của nguồn điện.

Do đó: E = I x [R(N) + r] = I. R(N) + I.r (*)

Vậy: Suất điện động có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Từ hệ thức (*) ta có:

U(N) = I. R(N) = E – It

I = E/R_N +r

Kết luận: Định luật Ohm đối với toàn mạch: cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

Hiện tượng đoản mạch

Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi R(N)= 0.

Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và I = E/r

Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn, chuyển hoá năng lượng
Công của nguồn điện sản ra trong thời gian t: A = E.I.t (**)
Nhiệt lượng toả ra trên toàn mạch: Q = (RN + r) x I² x t (***)

Theo định luật bảo toàn năng lượng thì A = Q, do đó từ (**) và (***) ta suy ra

I = E / R_N+ r

Như vậy định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng

Hiệu suất của nguồn điện

Công thức tính hiệu suất của nguồn điện:

(ACI = Công có ích)

Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở RN: H = R_N/ R_N + r

Bài tập áp dụng định luật Ôm có lời giải

Ví dụ 1: Trên hình 2.1 vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế của ba dây dẫn khác nhau

a) Từ đồ thị, hãy xác định giá trị cường độ dòng điện chạy qua mỗi dây dẫn khi hiệu điện thế đặt giữa hai đầu dây dẫn là 3V.

b) Dây dẫn nào có điện trở lớn nhất? Nhỏ nhất? Giải thích bằng ba cách khác nhau.

Lời giải

a) Từ đồ thị, khi U = 3V thì:

I₁ = 5mA và R₁ = 600Ω

I₂ = 2mA và R₂ = 1500Ω

I₃ = 1mA và R₃ = 3000Ω

b) Ba cách xác định điện trở lớn nhất, nhỏ nhất là:

Cách 1: Từ kết quả đã tính ở trên ta thấy dây dẫn 3 có điện trở lớn nhất, dây dẫn 1 có điện trở nhỏ nhất.

Cách 2. Từ đồ thị, không cần tính toán, ở cùng một hiệu điện thế, dây dẫn nào cho dòng điện chạy qua có cường độ lớn nhất thì điện trở của dây đó nhỏ nhất. Ngược lại, dây dẫn nào cho dòng điện chạy qua có cường độ nhỏ nhất thì dây đó có điện trở lớn nhất.

Cách 3: Nhìn vào đồ thị, khi dòng điện chạy qua điện trở có giá trị như nhau thì giá trị hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở nào lớn nhất, điện trở đó có giá trị lớn nhất.

Ví dụ 2: Đặt nguồn điện một chiều có hiệu điện thế U = 3,6V vào hai đầu một điện trở có R = 6Ω. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.

Lời giải:

Áp dụng công thức định luật Ôm

I = U/R = 3,6 : 6 = 0,6 A

Ví dụ 3: Một nguồn điện có điện trở trong 0,1Ω được mắc với điện trở 4,8Ω thành mạch kín. Khi đó hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là 12V. Tính suất điện động của nguồn và cường độ dòng điện trong mạch.
Lời giải

Hiệu điện thế mạch ngoài (hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện)

U = IR ⇒ I = U/R = 2,5 A

Lại có

I = E/R+r ⇒ E = I(R+r) =12,25 V

Ví dụ 4: Cho điện trở R = 15 Ω

a) Khi mắc điện trở này vào hiệu điện thế 6V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ là bao nhiêu?

b) Muốn cường độ dòng điện chạy qua điện trở tăng thêm 0,3A so với trường hợp trên thì hiệu điện thế đặt vào hai đầu điện trở khi đó là bao nhiêu?

Lời giải

Cường độ dòng điện qua điện trở là:

I = U/R = 6/15 = 0,4A

Cường độ dòng điện tăng thêm 0,3A tức là I = 0,7A

Khi đó hiệu điện thế là:

U = I x R = 0,7 x 15 = 10,5V

Ví dụ 5: Giữa hai đầu một điện trở R1 = 20Ω có một hiệu điện thế là U = 3,2V.

a.Tính cường độ dòng điện I1 đi qua điện trở này khi đó.

b. Giữ nguyên hiệu điện thế U đã cho trên đây, thay điện trở R1 bằng điện trở R2 sao cho dòng điện đi qua R2 có cường độ I2 = 0,8I1. Tính R2

Lời giải

a. Cường độ dòng điện qua điện trở

I₁ = U/R₁ = 3,2/20 = 0,16 A

b. Ta có: I₂ = 0,8I₁ = 0,8 x 0,16 = 0,128A

⇒ R₂ = U/I₂ = 3,2/0,128 = 25Ω

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được lý thuyết và công thức định luật Ôm để áp dụng vào giải các bài tập nhanh chóng và chính xác nhé