Cách tính điện áp của một điện trở

Tìm hiểu về mạch. Hãy tưởng tượng mạch điện theo cách sau: hãy nghĩ về việc bạn đổ một túi hạt bắp vào một chiếc bát. Mỗi hạt bắp là một electron (điện tử), và dòng hạt bắp vào trong bát tương đương với dòng điện. Khi nói về dòng, bạn mô tả nó bằng cách nói về số lượng hạt di chuyển mỗi giây.

Suy ngẫm về điện tích. Electron mang điện tích 'âm'. Nghĩa là chúng bị hút (hoặc di chuyển về phía) các vật mang điện tích dương, và bị đẩy (hoặc di chuyển ra xa) các vật mang điện tích âm. Vì cùng mang điện tích âm, các electron luôn cố gắng tách ra khỏi nhau, tản ra khi có thể.

Hiểu về điện áp. Điện áp là sự chênh lệch về điện tích giữa hai điểm. Sự chênh lệch điện tích càng lớn, sự hút giữa hai điểm càng mạnh. Dưới đây là một ví dụ về pin thông thường:

• Trong pin, phản ứng hóa học diễn ra và electron được tích tụ. Những electron này di chuyển về cực âm, trong khi cực dương duy trì trạng thái gần như trống không (gọi là cực âm và cực dương). Quá trình này kéo dài, điện áp giữa hai điểm tăng lên.
• Khi dây điện kết nối giữa cực âm và cực dương, electron từ cực âm tìm đường đi và di chuyển đến cực dương, tạo ra dòng điện. Điện áp càng cao, càng nhiều electron di chuyển đến cực dương trong mỗi giây.

Hiểu khái niệm điện trở. Điện trở đúng như tên gọi của nó. Điện trở càng cao, electron càng khó di chuyển qua vật đó. Điều này làm chậm dòng điện, vì ít electron có thể di chuyển qua vật trong mỗi giây.

• Điện trở là bất cứ thứ gì trong mạch điện gây ra sự trở kháng cho dòng điện. Bạn có thể mua điện trở thực tế tại cửa hàng điện, nhưng trong bài toán mạch điện, điện trở thường được biểu diễn bằng bóng đèn hoặc các phần tử có điện trở khác.

Ghi nhớ định luật Ôm. Có một mối liên hệ đơn giản giữa cường độ dòng điện, điện áp và điện trở. Hãy ghi nhớ nó - bạn sẽ sử dụng nó thường xuyên khi giải bài toán mạch điện:

• Cường độ dòng điện = Điện áp chia cho điện trở
• Nó thường được viết là: I = ^V / _R
• Hãy nghĩ về sự thay đổi khi tăng V (điện áp) hoặc R (điện trở). Điều này có phù hợp với những gì bạn đã học từ phần giải thích ở trên không?

Hiểu khái niệm mạch nối tiếp. Mạch nối tiếp dễ nhận diện. Nó chỉ đơn giản là một chuỗi các thành phần, dòng điện chảy liên tục qua từng phần tử trong mạch.

• Cường độ dòng điện không đổi trên toàn mạch.
• Khi tính điện áp, vị trí của các điện trở không ảnh hưởng. Bạn có thể thay đổi vị trí của chúng, điện áp vẫn không đổi.
• Ví dụ, mạch gồm ba điện trở nối tiếp: R₁, R₂, và R₃. Mạch này được cấp điện bởi pin 12V. Chúng ta sẽ tính điện áp của từng điện trở.

Tính tổng điện trở của mạch. Cộng tất cả các giá trị điện trở trong mạch lại. Đáp án chính là điện trở tổng của mạch nối tiếp.

• Ví dụ, ba điện trở R₁, R₂, và R₃ có giá trị lần lượt là 2 Ω, 3 Ω
  , và 5 Ω. Điện trở tổng của mạch là 2 + 3 + 5 = 10 Ω.

Tìm cường độ dòng điện. Sử dụng định luật Ôm để tìm cường độ dòng điện trên toàn mạch. Trong mạch nối tiếp, cường độ dòng điện là không đổi tại mọi vị trí. Một khi đã tìm được cường độ dòng này, ta có thể sử dụng nó cho tất cả các tính toán.

• Định luật Ôm nói rằng I = ^V / _R. Với điện áp toàn mạch là 12 volt, và tổng điện trở là 10 ohm. Kết quả là I = ¹² / ₁₀ = 1,2 amp.

Áp dụng định luật Ôm để tính điện áp. Với một số biến đổi cơ bản, chúng ta có thể áp dụng định luật Ôm để tính điện áp thay vì cường độ dòng điện:

• I = ^V / _R
• IR = ^VR / _R
• IR = V
• V = IR

Tính điện áp của từng điện trở. Chúng ta đã biết giá trị điện trở, đã tìm được cường độ dòng điện và có phương trình. Bây giờ chỉ cần thay số và giải ra kết quả. Với ví dụ này, chúng ta có:

• Điện áp qua R₁ = V₁ = (1,2A)(2Ω) = 2,4V.
• Điện áp qua R₂ = V₂ = (1,2A)(3Ω) = 3,6V.
• Điện áp qua R₃ = V₃ = (1,2A)(5Ω) = 6,0V.

Kiểm tra đáp án của bạn. Trong mạch song song, tổng điện áp qua mỗi điện trở phải bằng điện áp toàn mạch. Cộng tổng các điện áp bạn đã tính và kiểm tra xem liệu bạn đã thu được điện áp toàn mạch hay chưa. Nếu không đúng, hãy kiểm tra lại và sửa lỗi nếu có.

• Ví dụ: 2,4 + 3,6 + 6,0 = 12V, là điện áp toàn mạch.
• Nếu tổng điện áp hơi thấp (ví dụ: 11,97 thay vì 12), có thể bạn đã làm tròn số ở đâu đó. Đáp án vẫn chính xác.
• Ghi nhớ rằng điện áp đo lường sự chênh lệch điện tích, tức số electron. Hãy tưởng tượng bạn đếm số electron di chuyển qua mạch. Nếu bạn đếm đúng, kết quả sẽ là tổng điện tích qua từng electron từ đầu đến cuối mạch.

Hiểu khái niệm mạch song song. Mạch song song dễ hình dung. Nó là khi có hai dây điện chạy song song và nối lại với nhau ở hai đầu. Nếu cả hai dây đều có một điện trở, chúng được gọi là 'song song'.

• Mạch song song có thể có nhiều dây tùy ý. Quy tắc này cũng đúng cho mạch với hàng trăm dây và sau đó được nối lại với nhau.

Suy nghĩ về cách dòng điện chạy trong mạch. Trong mạch song song, dòng điện đi qua mỗi con đường mà nó có thể. Nó đi qua dây bên trái, đi qua điện trở bên trái, và đến đích. Đồng thời, nó cũng đi qua dây bên phải, đi qua điện trở bên phải và cũng đến đích. Không có dòng nào chạy ngược lại hoặc đi qua cả hai điện trở song song.

Tính điện áp của từng điện trở. Biết điện áp toàn mạch, việc tính điện áp của từng điện trở trở nên dễ dàng. Mỗi dây song song có cùng một điện áp với điện áp toàn mạch. Giả sử một mạch với hai điện trở song song được cấp điện bởi pin 6V. Điện áp qua điện trở bên trái là 6V và điện áp qua điện trở bên phải cũng là 6V. Giá trị điện trở không ảnh hưởng. Để hiểu hơn, hãy xem lại mạch nối tiếp ở trên:

• Trong mạch nối tiếp, điện áp toàn mạch luôn bằng tổng điện áp của từng giảm thế.
• Hãy suy nghĩ về từng con đường của dòng như một mạch nối tiếp. Điều này vẫn đúng: khi cộng điện áp của tất cả các điện trở, kết quả sẽ là điện áp toàn mạch.
• Vì dòng chỉ đi qua một điện trở, điện áp qua điện trở đó phải bằng tổng điện áp.

Tính cường độ dòng điện toàn mạch. Trong mạch song song, cường độ dòng điện toàn mạch là tổng của cường độ dòng điện qua từng nhánh song song.

• Theo thuật ngữ toán học: I_tổng = I₁ + I₂ + I₃...
• Nếu cảm thấy khó hiểu, hãy tưởng tượng một ống nước chia làm hai. Lượng nước chảy qua chỉ đơn giản là tổng lượng nước chảy qua từng ống.

Tính điện trở toàn mạch. Trong mạch song song, điện trở toàn mạch được tính bằng công thức sau:

• ¹ / _Rtổng = ¹ / _R1 + ¹ / _R2 + ¹ / _R3 ...
• Ví dụ: Một mạch gồm điện trở 2 ôm và 4 ôm nối song song. ¹ / _Rtổng = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)R_tổng → R_tổng = 1/(3/4) = 4/3 = ~1,33 ôm.

Tìm điện áp từ kết quả. Sau khi tìm được điện áp toàn mạch, ta cũng đã tìm được điện áp của từng nhánh song song. Sử dụng định luật Ôm, ta có:

• Ví dụ: Một mạch có dòng 5 amp chạy qua và điện trở toàn mạch là 1,33 ôm.
• Theo định luật Ôm: V = IR, do đó: V = (5A)(1,33Ω) = 6,65V.

• Nếu có một mạch điện phức tạp với điện trở nối tiếp và song song, hãy chọn hai điện trở gần nhau. Tính điện trở tổng hợp của chúng bằng quy tắc điện trở song song hay nối tiếp phù hợp. Sau đó, xem chúng như một điện trở duy nhất. Làm như vậy cho đến khi thu được một mạch điện đơn giản với các điện trở hoặc song song, hoặc nối tiếp.
• Điện áp của một điện trở thường được gọi là 'giảm thế'.
• Hiểu thuật ngữ:
  • Mạch – bao gồm các bộ phận cấu thành mạch điện (chẳng hạn như điện trở, tụ điện và cuộn cảm) được kết nối bằng dây điện và là nơi dòng điện có thể chạy trong đó
  • Điện trở – bộ phận có thể làm giảm hoặc cản trở dòng điện
  • Cường độ dòng điện – dòng điện tích đi vào dây điện, đơn vị tính: Amp, A
  • Điện áp – công được thực hiện để di chuyển một hạt điện tích; đơn vị: Vôn, V
  • Điện trở của một vật – đo lường tính đối kháng của nó với dòng điện; đơn vị: Ôm, Ω