Vật lí - Bài 23. Điện trở. Định luật Ohm | Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

• 1 ampe kế.
• 1 vôn kế.
• 1 nguồn có thể điều chỉnh thay đổi được hiệu điện thế.
• Hai vật dẫn X và Y khác nhau.
• Dây nối.
• Khoá K.

• Mắc mạch điện như Hình vẽ 23.1.
• Đóng khoá K. Điều chỉnh hiệu điện thế của nguồn ta thu được các giá trị của cường độ dòng điện I₁ chạy qua vật dẫn X, ghi kết quả vào mẫu Bảng 23.1.
• Thay vật dẫn Y vào vị trí của vật dẫn X và lặp lại thí nghiệm, ta thu được các giá trị của cường độ dòng điện I₂ chạy qua vật dẫn Y, ghi kết quả vào mẫu Bảng 23.1.

1. Hãy nhận xét tỉ số ​​​ đối với từng vật dẫn X và vật dẫn Y.
2. Đối với hai vật dẫn X và vật dẫn Y thì tỉ số có khác nhau không?
3. Nếu đặt cùng một hiệu điện thế vào hai đầu vật dẫn X và vật dẫn Y thì cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn nào có giá trị nhỏ hơn?

Từ kết quả tính tỉ số của thí nghiệm ở trên cho thấy, ứng với mỗi vật dẫn thì tỉ số là một hằng số.

Kí hiệu hằng số trên là R, ta có:

​ (23.1)

Biểu thức (23.1) cho thấy với cùng một hiệu điện thế, R càng lớn thì cường độ dòng điện I càng nhỏ. Điều này chứng tỏ vật dẫn đã cản trở sự dịch chuyển của các điện tích trong dây dẫn trong dây dẫn này. Vậy, R là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở dòng điện của vật dẫn và được gọi là điện trở.

Điện trở của dây dẫn được kí hiệu là R (R là chữ cái đầu của từ tiếng Anh Resistance – cản trở).

Trong công thức (23.1), hiệu điện thế U đo bằng vôn, cường độ dòng điện I đo bằng ampe thì điện trở đo bằng ohm (ôm), kí hiệu là Ω.

Một số bội số của ôm:

1kΩ=1 000Ω

1MΩ=1 000kΩ=1 000 000Ω

Bảng 23.2. Kết quả thí nghiệm

Đường đặc trưng vôn - ampe là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa hiệu điện thế đặt vào và dòng điện chạy qua linh kiện đang xét.

Bảng 23.2 là kết quả thí nghiệm đối với hai điện trở R₁ và R₂ theo thí nghiệm ở Mục 1. Từ bảng số liệu ta vẽ được đường đặc trưng vôn - ampe của hai điện trở R₁ và điện trở R₂ như Hình 23.2.

Từ đường đặc trưng vôn - ampe ở Hình 23.2, ta thấy đồ thị là một đường thẳng, U tăng thì I cũng tăng. Như vậy đường đặc trưng vôn - ampe của điện trở là hàm bậc nhất xuất phát từ gốc tọa độ, ta có công thức: I=kU (23.2)

với  ​  là hằng số không đổi gọi là độ dẫn điện.

Hình 23.2. Đường đặc trưng vôn-ampe của hai điện trở R1 và R2

Hình 23.3. Đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở R₁

?

1. Đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở có đặc điểm gì? Đặc điểm này nói lên điều gì về mối quan hệ giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I.
2. Độ dốc của đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở liên quan đến điện trở như thế nào?

Bảng 23.2. Điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại.

Hình 23.4. Mô hình nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại

a) Ở nhiệt độ thấp, các electron tự do chuyển động trong đói dễ dàng.
b) Ở nhiệt độ cao, các electron tự do bị cản trở chuyển động do sự dao động của các ion, gây ra sự va chạm giữa electron và ion.
c) Các nguyên tử tạp chất cũng là nguyên nhân cản trở chuyển động của các electron.

b) Điện trở nhiệt

Điện trở nhiệt (thermistor) là linh kiện có điện trở thay đổi một cách rõ rệt theo nhiệt độ. Điện trở nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật điện tử, làm cảm biến nhiệt (Hình 23.6).

Để khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt điện trở NTC (Negative Temperature Coefficent) vào nhiệt độ người ta làm thí nghiệm như sau:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 23.7.

- Đặt nhiệt điện trở vào giữa bình, đặt nhiệt kế vào trong bình, cạnh nhiệt điện trở.

- Đổ nước mát vào bình cách nhiệt. Sau khoảng 2 phút, đo nhiệt độ của nước và điện trở của nhiệt điện trở.

- Tăng nhiệt độ của nước trong bình bằng cách thêm từ từ nước sôi vào nước trong bình. Chờ nhiệt độ của nước trong bình ổn định. Đo nhiệt độ của nước và điện trở của nhiệt điện trở.

- Lặp lại thao tác để đo nhiệt độ và điện trở của nhiệt điện trở ở các nhiệt độ khác.

Kết quả thí nghiệm thu được như trong Bảng 23.3.

Hình 23.8. Đường đặc trưng vôn-ampe của nhiệt điện trở NTC

Từ số liệu trong Bảng 23.3, ta vẽ được đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở nhiệt NTC như Hình 23.8.

Hình 23.6. Điện trở nhiệt 

Hình 23.7. Sơ đồ thi nghiệm khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở nhiệt 

Bảng 23.3. Kết quả thí nghiệm

Ngoài nhiệt điện trở NTC, trong thực tế còn có loại nhiệt điện trở PTC (Positive Temperature Coefficient). Điện trở của nhiệt điện trở PTC tăng khi nhiệt độ tăng.

?

Từ kết quả thí nghiệm em rút ra nhận xét gì về sự phụ thuộc của nhiệt điện trở NTC vào nhiệt độ?

?

Hai đồ thị trong Hình 23.9a, b mô tả đường đặc trưng vôn - ampe của một dây kim loại ở hai nhiệt độ khác nhau t_1​ và t2​.

a) Tính điện trở của dây kim loại ứng với mỗi nhiệt độ t_1​ và t2​.

b) Dây kim loại ở đồ thị nào có nhiệt độ cao hơn?

Đồ thị Hình 24.10 thể hiện đường đặc trưng vôn-ampe của hai linh kiện là dây tóc bóng đèn và dây kim loại.

a) Xác định đường nào là của dây tóc bóng đèn, đường nào là của dây kim loại.

b) Xác định hiệu điện thế mà tại đó dây tóc bóng đèn và dây kim loại có điện trở như nhau.

c) Xác định điện trở ứng với hiệu điện thế xác định được ở câu b.

Hình 23.10. Đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở dây tóc bóng đèn và điện trở dây kim loại

EM ĐÃ HỌC

• Điện trở là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở dòng điện của vật dẫn. Đơn vị của điện trở là (ôm), kí hiệu là $\Omega$.

• Định luật Ohm: Cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn kim loại tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn, tỉ lệ nghịch điện trở của vật dẫn: .

• Điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo gần đúng là hàm bậc nhất R=R_0​[1+α(t−t₀​)].

• Nhiệt điện trở là loại điện trở có giá trị thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Có hai loại nhiệt điện trở NTC và PTC.

EM CÓ THỂ

• Giải thích được nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại.

• Hiểu được tại sao khi sử dụng đèn LED lại tiết kiệm năng lượng điện hơn so với bóng đèn dây tóc.

EM CÓ BIẾT

Hiện tượng siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng một số kim loại và hợp kim khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc​ thì điện trở của nó đột ngột giảm xuống bằng 0.

Khi vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn, điện trở của nó gần bằng 0. Vì vậy, nếu trong một vòng dây siêu dẫn có dòng điện chạy qua thì dòng điện này có thể duy trì rất lâu, sau khi bỏ nguồn điện đi. Các vật siêu dẫn có nhiều ứng dụng trong thực tế. Người ta chế tạo ra những nam châm điện có cuộn dây bằng vật liệu siêu dẫn, có thể tạo ra từ trường mạnh trong thời gian dài mà không hao phí năng lượng vì toả nhiệt.

Bảng 23.4. Giá trị T_c​ (K) của một số kim loại, hợp kim