Điện Trở – Định Luật Ohm
Định nghĩa điện trở, đường đặc trưng vôn-ampe, định luật Ohm, công thức $R=\rho l/S$ và ảnh hưởng của nhiệt độ
▸ Thí nghiệm
Mắc mạch điện gồm nguồn điện có hiệu điện thế thay đổi được, ampe kế, vôn kế và vật dẫn cần khảo sát. Thay đổi $U$, đo $I$ tương ứng. Kết quả:
- Với mỗi vật dẫn, tỉ số $\dfrac{U}{I}$ là một hằng số.
- Các vật dẫn khác nhau có tỉ số $\dfrac{U}{I}$ khác nhau.
Trong đó:
- $R$ – điện trở, đơn vị ôm (Ω).
- $U$ – hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn (V).
- $I$ – cường độ dòng điện qua vật dẫn (A).
Quan hệ đơn vị: $1\,\Omega = \dfrac{1\,\text{V}}{1\,\text{A}}$
Các bội số của ôm:
- $1\,\text{k}\Omega = 1000\,\Omega = 10^3\,\Omega$ (kilôôm).
- $1\,\text{M}\Omega = 10^6\,\Omega$ (mêgaôm).
▸ Đặc điểm với điện trở
Đối với một điện trở, đường đặc trưng vôn – ampe là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ, tuân theo công thức:
Hệ số $k = \dfrac{1}{R}$ gọi là độ dẫn điện của vật dẫn, cũng chính là độ dốc của đường đặc trưng.
▸ Mối quan hệ giữa độ dốc và điện trở
| Đặc điểm | Ý nghĩa |
|---|---|
| Độ dốc lớn | Điện trở $R$ nhỏ (vì $\tan\alpha = 1/R$). |
| Độ dốc nhỏ | Điện trở $R$ lớn (đường thoải). |
Các công thức suy ra:
▸ Nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại
Trong kim loại, các nguyên tử mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau theo trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại.
• Các chỗ mất trật tự trong mạng tinh thể (nguyên tử tạp chất, khuyết tật) cũng cản trở electron.
⇒ Sự va chạm này cản trở chuyển động có hướng của electron tự do → tạo ra điện trở.
▸ Công thức điện trở theo kích thước dây dẫn
Trong đó:
- $R$ – điện trở của dây dẫn (Ω).
- $\rho$ – điện trở suất của vật liệu (Ω.m), phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của vật liệu.
- $l$ – chiều dài dây dẫn (m).
- $S$ – tiết diện thẳng của dây (m²). Dây tròn: $S = \dfrac{\pi d^2}{4}$.
Nhận xét:
| Thay đổi | Ảnh hưởng đến R |
|---|---|
| Chiều dài $l$ tăng 2 lần | Điện trở $R$ tăng 2 lần. |
| Tiết diện $S$ tăng 2 lần | Điện trở $R$ giảm 2 lần. |
| Đường kính $d$ tăng 2 lần | $S$ tăng 4 lần → $R$ giảm 4 lần. |
| Chiều dài tăng nhưng $\rho$ | $\rho$ không đổi (chỉ phụ thuộc bản chất và nhiệt độ). |
▸ Sự phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng, các ion dương trong mạng tinh thể dao động mạnh hơn → tăng số va chạm với electron tự do → điện trở tăng.
Trong đó:
- $\rho_0,\;R_0$ – điện trở suất, điện trở ở nhiệt độ $t_0$ (thường lấy $t_0 = 20$°C).
- $\rho,\;R$ – điện trở suất, điện trở ở nhiệt độ $t$.
- $\alpha$ – hệ số nhiệt điện trở (K⁻¹), phụ thuộc bản chất vật liệu, độ sạch và chế độ gia công.
Với kim loại, $\alpha > 0$ → khi $t$ tăng thì $R$ tăng.
▸ Điện trở của bóng đèn sợi đốt
Khi dòng điện chạy qua dây tóc, dây tóc nóng lên → điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Đường đặc trưng V-A của bóng đèn sợi đốt không phải đường thẳng mà là đường cong (độ cong tăng khi $U$ lớn).
▸ Điện trở nhiệt (Thermistor)
Điện trở nhiệt là linh kiện có điện trở thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ, được dùng nhiều trong kĩ thuật điện tử.
| Loại | Tên đầy đủ | Đặc điểm |
|---|---|---|
| NTC | Negative Temperature Coefficient | Điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. |
| PTC | Positive Temperature Coefficient | Điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. |
▸ Hiện tượng siêu dẫn
Khi nhiệt độ giảm xuống dưới một giá trị tới hạn $T_c$ (phụ thuộc vật liệu), điện trở suất của vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0 — gọi là hiện tượng siêu dẫn. Vật liệu khi đó dẫn điện không bị tổn hao năng lượng.
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| $R = \dfrac{U}{I}$ | Định nghĩa điện trở. |
| $I = \dfrac{U}{R}$ | Định luật Ohm. |
| $U = I \cdot R$ | Hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn. |
| $R = \rho \cdot \dfrac{l}{S}$ | Điện trở theo kích thước. |
| $S = \dfrac{\pi d^2}{4}$ | Tiết diện dây tròn. |
| $R = R_0[1 + \alpha(t - t_0)]$ | Điện trở phụ thuộc nhiệt độ. |
| $\rho = \rho_0[1 + \alpha(t - t_0)]$ | Điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ. |
▸ Lỗi sai thường gặp
| Lỗi | Khắc phục |
|---|---|
| Nhầm $R$ và $\rho$ | $R$ (Ω) phụ thuộc kích thước; $\rho$ (Ω.m) chỉ phụ thuộc bản chất và nhiệt độ. |
| Quên đổi đơn vị tiết diện | mm² → m²: nhân $10^{-6}$. mm → m: nhân $10^{-3}$. |
| Nhầm $R = \rho S/l$ | Đúng là $R = \rho l/S$ ($R$ thuận với $l$, nghịch với $S$). |
| Nhầm NTC ↔ PTC | NTC: $R$ giảm khi $t$ tăng. PTC: $R$ tăng khi $t$ tăng. |
Sơ đồ tư duy, bảng tóm tắt công thức, các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao, các mẹo giải nhanh và lỗi sai thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Cùng luyện Bài 23 – Điện trở. Định luật Ohm!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn