Điện học – Từ học

Mạch điện nối tiếp và song song

Mạch nối tiếp có cùng dòng điện qua các linh kiện; mạch song song có cùng hiệu điện thế giữa các nhánh. Quy tắc này giúp tính điện trở tương đương.

Một mạch có thể ghép các điện trở theo một đường duy nhất (nối tiếp) hoặc tạo nhiều nhánh nối chung hai đầu (song song). Hãy xác định đúng các nút trước khi áp dụng quy tắc: các phần tử nối tiếp không có nhánh rẽ ở giữa; phần tử song song nối cùng một cặp nút.

\text{Series: }R_{\rm eq}=R_1+R_2,\quad I_1=I_2=I;\qquad \text{Parallel: }\frac1{R_{\rm eq}}=\frac1{R_1}+\frac1{R_2},\quad U_1=U_2=U

Định nghĩa: Dòng điện và hiệu điện thế trong các mạch ghép

Nối tiếp: dòng điện như nhau, hiệu điện thế nguồn bằng tổng sụt áp trên từng điện trở. Song song: hiệu điện thế trên mỗi nhánh như nhau, dòng tổng bằng tổng dòng các nhánh. Với hai điện trở song song, $R_{\rm eq}=R_1R_2/(R_1+R_2)$ .

So sánh mạch nối tiếp và song song; theo dõi dòng điện quy ước, chuyển động trôi ngược chiều của electron và số đo từng nhánh.

Bảo toàn dòng điện tại nút

Tại một nút phân nhánh, điện tích không tích tụ đều đặn nên tổng dòng đi vào bằng tổng dòng đi ra. Trong mạch nối tiếp không có nhánh, cùng một dòng điện chạy qua mọi phần tử. Không nên suy ra rằng electron biến mất sau khi đi qua một điện trở.

Ví dụ: Hai điện trở mắc song song

Hai điện trở $6\,\Omega$ và $3\,\Omega$ mắc song song vào nguồn $12$ V. Tính điện trở tương đương và dòng điện tổng.

Lời giải

$R_{\rm eq}=6\times3/(6+3)=2\,\Omega$ . Do đó $I=U/R_{\rm eq}=12/2=6$ A. Hai nhánh lần lượt có $2$ A và $4$ A, đúng với tổng $6$ A.

Một mạch hỗn hợp có thể giải bằng cách rút gọn từng nhóm nối tiếp hoặc song song cho đến khi còn một điện trở tương đương. Với hai điện trở $4\,\Omega$ và $8\,\Omega$ mắc nối tiếp, $R_{eq}=12\,\Omega$ ; đặt vào nguồn $12$ V thì dòng là $1$ A, nên sụt áp lần lượt là $4$ V và $8$ V. Chúng cộng lại đúng bằng điện áp nguồn, như yêu cầu định luật vòng kín.

Sau khi rút gọn mạch, hãy kiểm tra ngược từng nhánh bằng định luật Ohm. Các điện trở mắc song song có cùng điện áp, nhưng nhánh có điện trở nhỏ hơn mang dòng lớn hơn; tổng dòng nhánh phải bằng dòng đi vào nút.

Trắc nghiệm nhanh

Trong một mạch nối tiếp, đại lượng nào như nhau ở mọi điện trở?

Hai điện trở bằng nhau $R$ mắc song song có điện trở tương đương là:

Tài liệu tham khảo

Young, Freedman (2019). University Physics