Bài học

Mạch nối tiếp và mạch song song

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em áp dụng đúng quy luật của cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạch nối tiếp (I như nhau, U cộng lại) và mạch song song (U như nhau, I cộng lại), kể cả khi đề bài mô tả một mạch hỗn hợp bằng lời.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã ôn cách mắc đúng ampe kế và vôn kế. Bài này dùng chính hai đại lượng $I$ và $U$ đó, nhưng xét xem chúng thay đổi thế nào khi các bóng đèn được nối tiếp hay song song với nhau.

Khởi động

Dây đèn trang trí kiểu cũ, chỉ cần một bóng cháy là cả dây tắt hết; còn đèn trong nhà, một bóng cháy thì các bóng khác vẫn sáng bình thường. Hai cách mắc đó khác nhau như thế nào?

Kiến thức trọng tâm

Trong mạch nối tiếp (các thiết bị nối thành một chuỗi duy nhất, dòng điện chỉ có một đường đi), cường độ dòng điện $I$ có giá trị NHƯ NHAU tại mọi điểm của mạch; hiệu điện thế của cả đoạn mạch bằng TỔNG hiệu điện thế trên từng thiết bị: $U = U_1 + U_2 + \ldots$ Đây cũng là lí do dây đèn nối tiếp kiểu cũ tắt hết khi một bóng cháy — mạch bị hở, dòng điện không còn đường nào để đi.

Trong mạch song song (các thiết bị nối vào hai điểm chung, tạo thành nhiều nhánh riêng), hiệu điện thế $U$ có giá trị NHƯ NHAU trên mỗi nhánh (bằng hiệu điện thế nguồn); cường độ dòng điện qua mạch chính bằng TỔNG cường độ dòng điện qua từng nhánh: $I = I_1 + I_2 + \ldots$ Đây là lí do bóng đèn trong nhà mắc song song — một bóng cháy thì nhánh đó hở nhưng các nhánh khác vẫn kín mạch, vẫn sáng bình thường.

Có một cách dễ nhớ để phân biệt hai quy luật: trong mạch nối tiếp, dòng điện chỉ có MỘT con đường duy nhất để đi nên I giữ nguyên khắp nơi, còn mỗi thiết bị lại "ăn bớt" một phần hiệu điện thế của nguồn nên U cộng dồn lại; trong mạch song song, mỗi nhánh có đường đi RIÊNG nên I ở mỗi nhánh có thể khác nhau và cộng lại ở mạch chính, còn U thì mọi nhánh đều "nhìn thấy" đúng hiệu điện thế nguồn như nhau.

Trong mạch song song, dòng điện tổng ở mạch chính bằng tổng dòng điện qua từng nhánh: I = I1 + I2.

Ví dụ

Mạch nối tiếp: tìm U toàn mạch

1
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc nối tiếp. Ampe kế đo được I = 0,3 A tại một điểm bất kỳ trong mạch. Vôn kế đo được $U_1 = 1,5\ V$ trên Đ1 và $U_2 = 1,8\ V$ trên Đ2. Tính cường độ dòng điện qua Đ2 và hiệu điện thế toàn mạch.
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc nối tiếp. Ampe kế đo được I = 0,3 A tại một điểm bất kỳ trong mạch. Vôn kế đo được $U_1 = 1,5\ V$ trên Đ1 và $U_2 = 1,8\ V$ trên Đ2. Tính cường độ dòng điện qua Đ2 và hiệu điện thế toàn mạch.
2
Trong mạch nối tiếp, cường độ dòng điện như nhau tại mọi điểm, nên dòng qua Đ2 cũng bằng $I = 0,3\ A$ — không cần tính lại.
Trong mạch nối tiếp, cường độ dòng điện như nhau tại mọi điểm, nên dòng qua Đ2 cũng bằng $I = 0,3\ A$ — không cần tính lại.
3
Áp dụng $U = U_1 + U_2$ , ta có $U = 1,5 + 1,8 = 3,3\ V$ .
Áp dụng $U = U_1 + U_2$, ta có $U = 1,5 + 1,8 = 3,3\ V$.
4
Vậy dòng điện qua Đ2 là 0,3 A; hiệu điện thế toàn mạch là 3,3 V.

Ví dụ

Mạch song song: tìm I tổng và U mỗi nhánh (dạng thi)

1
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc song song với cùng một nguồn có hiệu điện thế 6 V. Ampe kế nhánh 1 chỉ $I_1 = 0,4\ A$ , ampe kế nhánh 2 chỉ $I_2 = 0,25\ A$ . Tính hiệu điện thế trên mỗi bóng đèn và cường độ dòng điện tổng qua nguồn.
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc song song với cùng một nguồn có hiệu điện thế 6 V. Ampe kế nhánh 1 chỉ $I_1 = 0,4\ A$, ampe kế nhánh 2 chỉ $I_2 = 0,25\ A$. Tính hiệu điện thế trên mỗi bóng đèn và cường độ dòng điện tổng qua nguồn.
2
Trong mạch song song, hiệu điện thế trên mỗi nhánh bằng hiệu điện thế nguồn: $U_1 = U_2 = 6\ V$ .
Trong mạch song song, hiệu điện thế trên mỗi nhánh bằng hiệu điện thế nguồn: $U_1 = U_2 = 6\ V$.
3
Áp dụng $I = I_1 + I_2$ , ta có $I = 0,4 + 0,25 = 0,65\ A$ .
Áp dụng $I = I_1 + I_2$, ta có $I = 0,4 + 0,25 = 0,65\ A$.
4
Vậy mỗi bóng đèn chịu hiệu điện thế 6 V; dòng điện tổng qua nguồn là 0,65 A.

Ví dụ

Mạch hỗn hợp: tìm dòng điện còn thiếu (dạng thi)

1
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc song song với nhau, cụm song song đó lại nối tiếp với một ampe kế chính (đo dòng điện qua toàn mạch). Ampe kế nhánh Đ1 chỉ $I_1 = 0,2\ A$ ; ampe kế chính chỉ $I_{chính} = 0,55\ A$ . Tính dòng điện qua Đ2.
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 mắc song song với nhau, cụm song song đó lại nối tiếp với một ampe kế chính (đo dòng điện qua toàn mạch). Ampe kế nhánh Đ1 chỉ $I_1 = 0,2\ A$; ampe kế chính chỉ $I_{chính} = 0,55\ A$. Tính dòng điện qua Đ2.
2
Ampe kế chính đo tổng dòng điện đi qua cụm song song Đ1–Đ2 trước khi tách nhánh (hoặc sau khi hai nhánh gộp lại), nên $I_{chính} = I_1 + I_2$ .
Ampe kế chính đo tổng dòng điện đi qua cụm song song Đ1–Đ2 trước khi tách nhánh (hoặc sau khi hai nhánh gộp lại), nên $I_{chính} = I_1 + I_2$.
3
Từ $I_{chính} = I_1 + I_2$ , suy ra $I_2 = I_{chính} - I_1 = 0,55 - 0,2 = 0,35\ A$ .
Từ $I_{chính} = I_1 + I_2$, suy ra $I_2 = I_{chính} - I_1 = 0,55 - 0,2 = 0,35\ A$.
4
Vậy dòng điện qua Đ2 là 0,35 A.

Sai lầm thường gặp

Lỗi phổ biến nhất là ÁP DỤNG NGƯỢC hai quy luật: cộng U trong mạch song song (sai — U bằng nhau, chỉ I mới cộng), hoặc cộng I trong mạch nối tiếp (sai — I bằng nhau, chỉ U mới cộng). Luôn xác định rõ mạch đang xét là nối tiếp hay song song trước khi áp dụng công thức.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Mạch nối tiếp: I như nhau ở mọi điểm, U cộng lại ( $U = U_1 + U_2$ ). Mạch song song: U như nhau trên mỗi nhánh, I cộng lại ( $I = I_1 + I_2$ ). Với mạch mô tả bằng lời, việc đầu tiên là xác định đúng kiểu mắc trước khi chọn công thức.

Mạch nối tiếp: I như nhau ở mọi điểm, U cộng lại ($U = U_1 + U_2$). Mạch song song: U như nhau trên mỗi nhánh, I cộng lại ($I = I_1 + I_2$). Với mạch mô tả bằng lời, việc đầu tiên là xác định đúng kiểu mắc trước khi chọn công thức.

Chương tiếp theo em sẽ rời mạch điện để ôn lại năng lượng nhiệt — một dạng năng lượng khác, với công thức nhiệt lượng và bài toán cân bằng nhiệt quen thuộc.