Vật lí 11 Kết Nối Tri Thức Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

1.1.1. Định nghĩa điện trở

- Tỉ số U/I của thí nghiệm trên cho thấy với mỗi vật dẫn thì tỉ số U/I là một hằng số.

- Kí hiệu hằng số trên là R và \(I = \frac{U}{R}\). (23.1)

- Biểu thức này cho thấy vật dẫn càng cản trở sự dịch chuyển của các điện tích thì R càng lớn và cường độ dòng điện I càng nhỏ.

- 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 kí hiệu là R và đo bằng ohm (ôm), kí hiệu là Ω.

- Trong công thức (23.1), hiệu điện thế U đo bằng vôn, cường độ dòng điện I đo bằng ampe.

1Ω = 1V/1A.

- Một số bội số của ohm: 1 ΚΩ = 1,000 Ω và 1 ΜΩ = 1,000 ΚΩ = 1,000,000 Ω.

1.1.2. Đường đặc trưng vôn – ampe

- 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.

Bảng 23.1. Kết quả thí nghiệm

- Bảng 23.1 là kết quả thí nghiệm cho hai điện trở R1 và R2. Từ bảng số liệu, ta vẽ được đường đặc trưng vốn - ampe của R1 và R2 như Hình 23.1.

Hình 23.1. Đường đặc trưng vôn - ampe của hai điện trở R₁ và R₂

- Đường đặc trưng vôn - ampe của một điện trở là hàm bậc nhất xuất phát từ gốc toạ độ và có công thức:

\(I{\rm{ }} = {\rm{ }}kU\), với \(k = \frac{1}{R}\) là độ dẫn điện.

- Trong trường hợp đơn giản nhất là đặc trưng vôn - ampe của một điện trở R, đường đặc trưng là đường thẳng đi qua gốc toạ độ, có độ dốc càng lớn khi R càng nhỏ (Hình 23.2).

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

- Định luật Ohm là mối quan hệ giữa hiệu điện thế U, cường độ dòng điện I và điện trở R của vật dẫn kim loại, được xác định bởi Georg Simon Ohm.

- Định luật Ohm phát biểu như sau: cường độ dòng điện I tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U và tỉ lệ nghịch với điện trở R của vật dẫn.

- Biểu thức: \(I = \frac{U}{R}\)

trong đó I đo bằng ampe (A), U đo bằng vôn (V) và R đo bằng ohm (Ω).

1.3.1. Nguyên nhân gây ra điện trở trong vật dẫn kim loại

- Trong kim loại, electron hoá trị bị mất và thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau để tạo thành mạng tinh thể kim loại.

- Nhiệt độ cao gây dao động nhiệt mạnh, phá vỡ trật tự của mạng tinh thể.

- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, gây ra điện trở của kim loại (Hình 23.3).

Hình 23.3. Mô hình nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại

1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở

a) Điện trở của đèn sợi đốt

- Dòng điện chạy qua điện trở làm nóng nó. Hiệu ứng đốt nóng xảy ra khi electron va chạm với các nguyên tử, làm dao động nhanh hơn và tạo ra nhiệt độ cao hơn.

- Dòng điện chạy qua dây tóc của bóng đèn sinh nhiệt, làm dây tóc nóng lên và thay đổi điện trở. Khi U/I tăng, đường đặc trưng bắt đầu cong, cho thấy điện trở tăng lên.

- Điện trở của dây tóc bóng đèn phụ thuộc vào nhiệt độ và được xác định bởi đường đặc trưng vôn-ampe (Hình 23.4).

Hình 23.4. Đường đặc trưng vôn - ampe của điện trở dây tóc bóng đèn

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 23.5).

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

+ Bố trí thí nghiệm như Hình 23.6.

+ 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 23.2.

Bảng 23.2. 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.

- Điện trở nhiệt là linh kiện có điện trở thay đổi theo nhiệt độ, được sử dụng làm cảm biến nhiệt trong kĩ thuật điện tử (Hình 23.5).

Hình 23.5. Điện trở nhiệt

- Để khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt điện trở NTC vào nhiệt độ, ta thực hiện thí nghiệm bố trí như Hình 23.6. Sau đó, tăng nhiệt độ của nước trong bình và đo nhiệt độ và điện trở của nhiệt điện trở.

Hình 23.6. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở nhiệt

- Từ số liệu trong Bảng 23.2, ta vẽ được đường đặc trưng vôn-ampe của điện trở nhiệt NTC như Hình 23.7.

Hình 23.7. Đường đặc trưng vôn - ampe của nhiệt điện trở NTC

- Loại nhiệt điện trở PTC cũng tồn tại và có điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Bài tập 1: Khi xảy ra hiện tượng siêu dẫn thì

A. điện trở suất của kim loại giảm.

B. điện trở suất của kim loại tăng.

C. điện trở suất không thay đổi.

D. điện trở suất tăng rồi lại giảm.

Hướng dẫn giải

là hiện tượng điện trở suất của vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0 khi khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn một giá trị Tc nhất định. Giá trị Tc này phụ thuộc vào bản thân vật liệu.

Đáp án A

Bài tập 2: Đặt vào hai đầu một điện trở R = 20 Ω một hiệu điện thế U = 2V trong khoảng thời gian t = 20 s. Lượng điện tích di chuyển qua điện trở là

A. q = 4 C

B. q = 1 C

C. q = 2 C

D. q = 5 mC.

Hướng dẫn giải

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch: \(I = \frac{U}{R} = \frac{2}{{20}} = 0,1(A)\)

Lượng điện tích di chuyển qua điện trở trong 20 s là q = I.t = 0,1.20 = 2 C.

Đáp án C

Học xong bài này các em cần biết:

- 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.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Kết Nối Tri Thức Bài 23 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Câu nào dưới đây cho biết kim loại dẫn điện tốt?

  • A. Khoảng cách giữa các ion nút mạng trong kim loại rất lớn.
  • B. Mật độ electron tự do trong kim loại rất lớn.
  • C. Mật độ các ion tự do lớn.
  • D. Giá trị điện tích chứa trong mỗi electron tự do của kim loại lớn hơn ở các chất khác.
     Xem đáp án

• Câu 2:

  Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào yếu tố nào?

  • A. Nhiệt độ của kim loại.
  • B. Kích thước của vật dẫn kim loại.
  • C. Bản chất của kim loại.
  • D. Nhiệt độ và bản chất của vật dẫn kim loại.

• Câu 3:

  Khi tiết diện của khối kim loại đồng chất, tiết diện đều tăng 2 lần thì điện trở của khối kim loại

  • A. tăng 2 lần.   
  • B. tăng 4 lần.
  • C. giảm 2 lần.    
  • D. giảm 4 lần.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Kết Nối Tri Thức Bài 23 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Khởi động trang 95 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 1 trang 95 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 2 trang 95 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 3 trang 95 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 1 trang 97 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 2 trang 97 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 3 trang 97 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 1 trang 100 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 2 trang 100 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Hoạt động 1 trang 100 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Hoạt động 2 trang 100 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!