Điện Trở Từ Trên Xuống Dưới: 27Ω, 330Ω Và 3.3Mω

Châu Á . Nếu sử dụng phiên bản zigzag, thì số lượng đỉnh ở trên cùng là bốn và thấp hơn là ba, do đó tổng cộng có bảy đỉnh trong biểu tượng

Hình 2.2: Các ký hiệu của điện trở

2.1.4 Thành phần điện trở (Resistor composition)

Điện trở có thể được xây dựng trên nhiều loại vật liệu. Điện trở hiện đại được thực hiện bằng màng carbon hoặc kim loại hoặc oxit kim loại. Trong các điện trở, một màng mỏng vật liệu dẫn điện (vẫn còn điện trở) được quấn xung quanh và bao phủ bởi một vật liệu cách điện.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.

Hình 2.3: Điện trở từ trên xuống dưới: 27Ω, 330Ω và 3.3MΩ

Bên trong điện trở, một màng carbon được quấn quanh bởi một lớp chất cách điện. Loại có nhiều lớp bọc đồng nghĩa với việc điện trở đó có giá trị trở kháng cao hơn.

Bề mặt phủ bên ngoài điện trở thường dùng là một lớp dày hoặc dùng nhiều lớp màng mỏng xếp lại. Màng phim dày thường rẻ hơn nhưng ít chính xác hơn loại màng mỏng.

2.1.5 Ý nghĩa điện trở trong mạch điện (resistor in circuit)

Điện trở trong một mạch điện có thể dùng để thay thế cho nhiều thiết bị điện khác nhau từ bóng đèn đến động cơ. Hầu hết các thành phần này có ký hiệu riêng nhưng chúng ta sẽ sử dụng ký hiệu đường Zigzag để biểu diễn các tải tiêu thụ điện.

Ví dụ: Trong một mạch điện đốt nóng (electric heater circuit) như được mô tả trong hai hình minh họa dưới đây thì sợi dây đốt nóng xem như là điện trở. Để xác định chất lượng của sợi dây đốt nóng trong máy nhiệt điện ta thực hiện bằng cách đo giá trị điện trở bằng cách đo điện áp và dòng điện, sau đó áp dụng Luật Ohm như sau.

Hình 2. 4: Biểu diễn mạch đốt nóng tốt

Trong ví dụ này, tổng điện trở mạch bình thường, một giá trị tham chiếu đã biết, là 60 Ω (240 ÷ 4 = 60 Ω). Điện trở 60Ω có thể giúp để xác định tình trạng của mạch điện.

Hình 2.5: Biểu diễn mạch đốt nóng bị hỏng

Giả sử dòng điện là 3 amps thay vì 4 amps, điện trở mạch đã tăng từ 60 Ω đến 80 Ω (240 ÷ 3 = 80 Ω). Tăng 20 Ω trong tổng điện trở có thể do kết nối lỏng lẻo hoặc bẩn hoặc đứt cuộn dây. Dây điện trở hở mạch, điện trở trong mạch tăng, làm giảm dòng điện.

2.1.6 Giá trị điện trở của dây dẫn (resistance of conductor)

Nói chung, có bốn yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện trở trong dây dẫn

- Vật liệu (Material) quyết định bởi điện trở suất 

- Chiều dài L (Length)

- Diện tích mặt cắt ngang A (Cross-Sectional Area)

- Nhiệt độ T (Temperature)

Điện trở dây dẫn được xác định qua công thức

Hình 2.6: Các đại lượng trong dây dẫn

Vật liệu: Cường độ dòng điện electrons phụ thuộc vào mức độ các nguyên tử cụ thể từ bỏ các electron của chúng và chấp nhận các electron mới.

- Vật liệu dẫn điện (Conductors) : Cho phép dòng electrons chạy qua dễ dàng. Ví dụ: Đồng, bạc và nhôm được coi là dây dẫn điện tốt.

- Vật liệu cách điện (Insulation) không dễ dàng từ bỏ các electron, ngăn cản dòng electrons chảy qua. Ví dụ: Cao su, thủy tinh và sứ được coi là chất cách điện tốt.

Chiều dài( L): Các dây dẫn càng dài, giá trị trở kháng của điện trở càng lớn. Điện trở tăng hoặc giảm tương ứng với chiều dài của dây dẫn. Ví dụ: Một dây dẫn dài 2m sẽ có trở kháng gấp đôi dây dẫn dài 1m

Diện tích mặt cắt ngang (A): Khi mặt cắt ngang của dây dẫn tăng, trở kháng giảm, và ngược lại. Ví dụ, nếu diện tích của dây dẫn được tăng gấp đôi, trở kháng giảm phân nửa

Nhiệt độ (T): Thông thường khi nhiệt độ của dây dẫn tăng, trở kháng tăng lên. Yếu tố nhiệt độ không thể dự đoán được như các yếu tố khác

2.1.7 Mạch điện trở mắc nối tiếp (Resistor Series Circuits)

Ý tưởng cơ bản của nối tiếp “series” là các thành phần được kết nối từ đầu đến cuối trong một hàng để tạo thành một đường dẫn (Path) duy nhất cho các electron chảy qua.

Hình 2.7: Cách mắc các điện trở nối tiếp

Vấn đề 1 (Problem 1): Hãy xem các mạch nối tiếp gồm 3 điện trở với giả thiết:

o Điện áp E chưa biết

o Dòng điện (I) bằng 4 amps

o Điện trở R1 = 2 , R2 = 4 và R3 = 6

Hình 2.8 : Sơ đồ mạch nối tiếp 3 điện trở Hướng dẫn (Tutorial):

Trong một chuỗi mạch, khi có nhiều hơn một điện trở trong mạch, các điện trở được cộng lại với nhau để có được tổng điện trở (RT) = 12, dễ dàng tính được điện áp theo định luật Ohm, điện áp là 48 volt.

Tính toán 1: RT = R1 + R2 + R3 = 2 + 4+ 6 = 12 

Tính toán 2: E = I.RT = 4A x 12 = 48 volts

Vấn đề 2 (Problem 2): Xét mạch điện sau, biết rằng

o Mạch có điện áp E = 9 volt

o Điện trở mắc nối tiếp R1 = 3k , R2 = 10k và R3 = 5k.

o Chúng ta cần tìm dòng điện chạy qua mỗi điện trở.

Hình 2.9: mạch điện trở nối tiếp

Phân tích bài toán: chúng ta không thể lấy giá trị của 9 volt và chia nó cho 3kΩ, 10kΩ hoặc 5kΩ để tìm dòng điện chạy qua mối điện trở, bởi vì chúng ta không biết mỗi điện trở có điện áp là bao nhiêu.

Đối với R1, Định luật Ohm sẽ liên kết 3 thành phần gồm

- Điện áp trên R1 là ER1

- Dòng điện qua R1 là IR1

- Điện trở R1 = 3kΩ:

 IR1 = ER1/3k => ER1 = IR1.3k

Nhưng, vì chúng ta không biết điện áp trên R1 (chỉ có tổng điện áp được cung cấp bởi pin qua kết hợp ba điện trở) và chúng ta không biết dòng điện qua R1, chúng ta không thể thực hiện bất kỳ phép tính nào với công thức trên. Tương tự như vậy đối với điện trở R2 và R3: chúng ta chưa thể áp dụng ngay được định luật Ohm

Vậy chúng ta có thể làm gì? Chúng ta biết điện áp của nguồn (9 volt) được cấp cho chuỗi R1, R2 và R3 nối tiếp, nhưng vì những đại lượng đó không ở trong cùng một ngữ cảnh, chúng ta không thể sử dụng Định luật Ohm để xác định dòng điện. Nếu chúng ta chỉ biết tổng điện trở là gì đối với mạch: thì chúng ta có thể tính tổng dòng điện với con số của chúng ta cho tổng điện áp (I = E / R).

Điều này đưa chúng ta đến nguyên tắc thứ hai của các chuỗi mạch: tổng điện trở của bất kỳ mạch điện nào bằng tổng của các điện trở riêng lẻ. Điều này sẽ mang lại cảm giác trực quan: các điện trở mắc nối tiếp thì càng khó cho các dòng electron chảy qua. Trong ví dụ này, chúng ta có một điện trở 3 kΩ, 10 kΩ và 5 kΩ nối tiếp, nên chúng ta tổng điện trở là 18 kΩ:

Hướng dẫn (Tutorial)

RT = R1 + R2 + R3 = 3 + 10 + 5 = 18 k

Chúng ta có thể vẽ lại mạch bằng một điện trở tương đương đại diện cho sự kết hợp của R1, R2 và R3

Hình 2.10: mạch biến đổi tương đương Tính toán dòng điện (Calculating Circuit Current)

Bây giờ chúng ta có tất cả các thông tin cần thiết để tính toán dòng điện bởi vì chúng ta có điện áp toàn mạch (9 volt) và điện trở tổng (18 kΩ):

IT = ET / RT

IT = 9 volt / 18 kΩ = 500 uA

Biết rằng dòng điện là bằng nhau thông qua tất cả các thành phần của mạch nối tiếp (và ở đây chỉ cần xác định dòng điện qua pin), chúng ta có thể quay trở lại sơ đồ mạch ban đầu và lưu ý dòng điện qua từng thành phần:

Bây giờ chúng ta biết dòng điện qua mỗi điện trở, chúng ta có thể sử dụng Định luật Ohm để xác định sự sụt giảm điện áp trên mỗi điện trở (áp dụng Luật Ohm trong bối cảnh thích hợp)

Dễ dáng tính được: ER1 = 1,5V ; ER2 = 5V ; ER3 = 2,5V

Chú ý điện áp rơi trên mỗi điện trở và tổng của các điện áp rơi (1,5 + 5 + 2,5) bằng với điện áp nguồn cung cấp: 9 volt. Đây là nguyên tắc thứ ba của mạch nối tiếp: điện áp cung cấp bằng tổng của điện áp riêng lẻ.

Tuy nhiên, phương pháp mà chúng tôi vừa sử dụng để phân tích chuỗi mạch đơn giản này có thể được sắp xếp hợp lý để hiểu rõ hơn. Bằng cách sử dụng một bảng liệt kê tất cả các điện áp, dòng điện và điện trở trong mạch điện, nó trở nên rất dễ dàng để xem những đại lượng nào có thể liên quan chính xác đến bất kỳ phương trình nào của Luật Ohm:

Bạn bắt đầu phân tích của bạn bằng cách điền vào các yếu tố của bảng được cung cấp cho bạn ngay từ đầu: