Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Vận dụng mạch song song trong thực tế
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em vận dụng đặc điểm I, U của mạch song song để giải thích mạng điện gia đình, giải các bài tập tổng hợp, và so sánh được mạch nối tiếp với mạch song song.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã học hai quy tắc của mạch song song: $U$ bằng nhau ở mọi nhánh, $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh. Bài này áp dụng vào tình huống quen thuộc nhất với em: mạng điện trong chính ngôi nhà đang ở.
Khởi động
Nếu mạng điện trong nhà mắc nối tiếp giống hệt dây đèn nháy, điều gì sẽ xảy ra mỗi khi em tắt bớt một thiết bị, ví dụ tắt quạt để đi ngủ?
Kiến thức trọng tâm
Mạng điện gia đình dùng các ổ cắm mắc **song song**: mỗi thiết bị (tủ lạnh, quạt, tivi...) nối vào cùng hai đường dây chung (dây pha và dây trung tính), tạo thành các nhánh riêng biệt. Nhờ mắc song song, mỗi thiết bị luôn nhận đúng $U = 220 V$ định mức, bất kể có bao nhiêu thiết bị khác đang hoạt động cùng lúc (vì $U$ bằng nhau ở mọi nhánh); và mỗi thiết bị có thể bật, tắt hoàn toàn độc lập — ngắt một nhánh không cắt dòng điện ở các nhánh còn lại, vì mỗi nhánh vẫn giữ nguyên đường đi kín riêng của nó.
Tuy nhiên, quy tắc cộng dồn dòng điện cũng mang một hệ quả cần lưu ý: **cường độ dòng điện qua đường dây chính tăng lên mỗi khi bật thêm một thiết bị**, vì $I$ mạch chính luôn bằng tổng $I$ của tất cả các nhánh đang hoạt động. Đây chính là lý do cắm cùng lúc nhiều thiết bị công suất lớn (bàn ủi, ấm đun nước, lò vi sóng — những thiết bị có $I$ riêng đã lớn, như em học ở chương 2) dễ làm cường độ dòng điện qua dây chính vượt ngưỡng an toàn, khiến cầu dao tự động (aptomat) ngắt điện để bảo vệ cả hệ thống.
Đây cũng là lý do các phòng có nhiều thiết bị công suất lớn (bếp điện, bình nóng lạnh, điều hoà) thường được thiết kế riêng một đường dây và cầu dao có ngưỡng an toàn cao hơn, tách biệt với đường dây chiếu sáng — nếu dùng chung một cầu dao có ngưỡng thấp, chỉ cần bật hai, ba thiết bị công suất lớn cùng lúc là đủ vượt ngưỡng, dù mỗi thiết bị khi dùng riêng lẻ đều hoàn toàn an toàn.
So sánh với dây đèn nối tiếp ở bài trước, em thấy rõ hai kiểu mạch phục vụ hai mục đích khác nhau: mạch nối tiếp phù hợp khi muốn một công tắc điều khiển đồng loạt nhiều phần tử cùng lúc (dù có nhược điểm hỏng một là hỏng tất cả); mạch song song phù hợp khi cần các thiết bị hoạt động độc lập, đúng như nhu cầu của một ngôi nhà — nơi em muốn bật đèn phòng khách mà không bắt tủ lạnh phải tắt theo.
Mỗi nhánh trong mạch song song hoạt động độc lập — ngắt một nhánh không ảnh hưởng các nhánh khác.
Ví dụ
Tính I tổng khi hai thiết bị cùng hoạt động song song
1
Một gia đình dùng đồng thời quạt ($I = 0,3 A$) và tủ lạnh ($I = 0,8 A$), cả hai cắm chung ổ điện song song $U = 220 V$. Tính cường độ dòng điện qua đường dây chính, và hiệu điện thế mà mỗi thiết bị nhận được.
2
Ta có mạch song song nên $U$ mỗi thiết bị bằng $U$ nguồn: $U_{quạt} = U_{tủ lạnh} = 220 V$.
3
Ta có $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh: $I = I_{quạt} + I_{tủ lạnh} = 0,3 + 0,8 = 1,1 A$.
4
Vậy mỗi thiết bị nhận đúng $U = 220 V$, và cường độ dòng điện qua đường dây chính là $I = 1,1 A$.
Ví dụ
Kiểm tra ngưỡng an toàn của cầu dao khi cắm thêm thiết bị
1
Một gia đình mắc thêm bàn ủi ($I = 5 A$) vào cùng ổ điện song song đang có quạt ($I = 0,3 A$) và tủ lạnh ($I = 0,8 A$). Biết cầu dao tự động ngắt khi $I$ tổng qua dây chính vượt quá $6 A$. a) Khi cả 3 thiết bị cùng hoạt động, cầu dao có ngắt không? b) Nếu có, cần rút bớt thiết bị nào để vẫn dùng được bàn ủi mà không bị ngắt điện?
2
Ta có $I = I_{quạt} + I_{tủ lạnh} + I_{bàn ủi} = 0,3 + 0,8 + 5 = 6,1 A$.
3
So sánh $6,1 A$ với ngưỡng $6 A$ của cầu dao: $6,1 A > 6 A$, vượt ngưỡng, nên cầu dao sẽ ngắt điện.
4
Muốn vẫn dùng được bàn ủi mà không bị ngắt, cần rút bớt một thiết bị có $I$ nhỏ hơn. Rút quạt (giảm $0,3 A$): $I$ tổng còn lại $= 6,1 - 0,3 = 5,8 A < 6 A$, nằm trong ngưỡng an toàn.
5
Vậy: a) Cầu dao sẽ ngắt vì $I$ tổng $6,1 A$ vượt ngưỡng $6 A$. b) Rút quạt ra khỏi ổ điện, chỉ dùng bàn ủi và tủ lạnh, $I$ tổng còn $5,8 A$, an toàn.
Sai lầm thường gặp
Nhiều học sinh nghĩ mắc song song thì mỗi thiết bị "chia sẻ bớt" dòng điện của nhau, giống như chia đều một chiếc bánh — cho rằng $I$ mỗi nhánh sẽ giảm khi có thêm thiết bị khác cắm vào. Điều này sai: $I$ của mỗi nhánh chỉ phụ thuộc vào chính thiết bị trên nhánh đó (không đổi khi thêm/bớt thiết bị khác), chỉ có $I$ mạch chính (tổng) mới tăng lên khi bật thêm thiết bị.
Ghi nhớ
Mạng điện gia đình mắc song song: mỗi thiết bị nhận đúng U định mức, hoạt động độc lập; nhưng I mạch chính = tổng I mọi thiết bị đang bật — cắm quá nhiều thiết bị công suất lớn cùng lúc dễ làm cầu dao ngắt.
Chương cuối, ta ôn lại toàn bộ dòng điện, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hai kiểu mạch trong các bài tập tổng hợp.
Bài trước em đã học hai quy tắc của mạch song song: U bằng nhau ở mọi nhánh, I mạch chính bằng tổng I các nhánh. Bài này áp dụng vào tình huống quen thuộc nhất với em: mạng điện trong chính ngôi nhà đang ở.
Mạng điện gia đình dùng các ổ cắm mắc song song: mỗi thiết bị (tủ lạnh, quạt, tivi...) nối vào cùng hai đường dây chung (dây pha và dây trung tính), tạo thành các nhánh riêng biệt. Nhờ mắc song song, mỗi thiết bị luôn nhận đúng U=220V định mức, bất kể có bao nhiêu thiết bị khác đang hoạt động cùng lúc (vì U bằng nhau ở mọi nhánh); và mỗi thiết bị có thể bật, tắt hoàn toàn độc lập — ngắt một nhánh không cắt dòng điện ở các nhánh còn lại, vì mỗi nhánh vẫn giữ nguyên đường đi kín riêng của nó.
Tuy nhiên, quy tắc cộng dồn dòng điện cũng mang một hệ quả cần lưu ý: cường độ dòng điện qua đường dây chính tăng lên mỗi khi bật thêm một thiết bị, vì I mạch chính luôn bằng tổng I của tất cả các nhánh đang hoạt động. Đây chính là lý do cắm cùng lúc nhiều thiết bị công suất lớn (bàn ủi, ấm đun nước, lò vi sóng — những thiết bị có I riêng đã lớn, như em học ở chương 2) dễ làm cường độ dòng điện qua dây chính vượt ngưỡng an toàn, khiến cầu dao tự động (aptomat) ngắt điện để bảo vệ cả hệ thống.
Đây cũng là lý do các phòng có nhiều thiết bị công suất lớn (bếp điện, bình nóng lạnh, điều hoà) thường được thiết kế riêng một đường dây và cầu dao có ngưỡng an toàn cao hơn, tách biệt với đường dây chiếu sáng — nếu dùng chung một cầu dao có ngưỡng thấp, chỉ cần bật hai, ba thiết bị công suất lớn cùng lúc là đủ vượt ngưỡng, dù mỗi thiết bị khi dùng riêng lẻ đều hoàn toàn an toàn.
So sánh với dây đèn nối tiếp ở bài trước, em thấy rõ hai kiểu mạch phục vụ hai mục đích khác nhau: mạch nối tiếp phù hợp khi muốn một công tắc điều khiển đồng loạt nhiều phần tử cùng lúc (dù có nhược điểm hỏng một là hỏng tất cả); mạch song song phù hợp khi cần các thiết bị hoạt động độc lập, đúng như nhu cầu của một ngôi nhà — nơi em muốn bật đèn phòng khách mà không bắt tủ lạnh phải tắt theo.
Một gia đình dùng đồng thời quạt (I=0,3A) và tủ lạnh (I=0,8A), cả hai cắm chung ổ điện song song U=220V. Tính cường độ dòng điện qua đường dây chính, và hiệu điện thế mà mỗi thiết bị nhận được.
Ta có mạch song song nên U mỗi thiết bị bằng U nguồn: Uquạt=Utủlạnh=220V.
Ta có I mạch chính bằng tổng I các nhánh: I=Iquạt+Itủlạnh=0,3+0,8=1,1A.
Vậy mỗi thiết bị nhận đúng U=220V, và cường độ dòng điện qua đường dây chính là I=1,1A.
Một gia đình mắc thêm bàn ủi (I=5A) vào cùng ổ điện song song đang có quạt (I=0,3A) và tủ lạnh (I=0,8A). Biết cầu dao tự động ngắt khi I tổng qua dây chính vượt quá 6A. a) Khi cả 3 thiết bị cùng hoạt động, cầu dao có ngắt không? b) Nếu có, cần rút bớt thiết bị nào để vẫn dùng được bàn ủi mà không bị ngắt điện?
Ta có I=Iquạt+Itủlạnh+Ibaˋnủi=0,3+0,8+5=6,1A.
So sánh 6,1A với ngưỡng 6A của cầu dao: 6,1A>6A, vượt ngưỡng, nên cầu dao sẽ ngắt điện.
Muốn vẫn dùng được bàn ủi mà không bị ngắt, cần rút bớt một thiết bị có I nhỏ hơn. Rút quạt (giảm 0,3A): I tổng còn lại =6,1−0,3=5,8A<6A, nằm trong ngưỡng an toàn.
Vậy: a) Cầu dao sẽ ngắt vì I tổng 6,1A vượt ngưỡng 6A. b) Rút quạt ra khỏi ổ điện, chỉ dùng bàn ủi và tủ lạnh, I tổng còn 5,8A, an toàn.
Nhiều học sinh nghĩ mắc song song thì mỗi thiết bị "chia sẻ bớt" dòng điện của nhau, giống như chia đều một chiếc bánh — cho rằng I mỗi nhánh sẽ giảm khi có thêm thiết bị khác cắm vào. Điều này sai: I của mỗi nhánh chỉ phụ thuộc vào chính thiết bị trên nhánh đó (không đổi khi thêm/bớt thiết bị khác), chỉ có I mạch chính (tổng) mới tăng lên khi bật thêm thiết bị.