Bài học

Vận dụng đoạn mạch song song trong mạng điện gia đình

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng đặc điểm mạch song song để tính dòng điện của nhiều thiết bị trong mạng điện gia đình, giải thích vì sao mạng điện luôn mắc song song, và suy luận được điều gì xảy ra khi một thiết bị bị hỏng hoặc ngắt khỏi mạch.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước, em đã có công thức $\dfrac{1}{R_{tđ}} = \sum \dfrac{1}{R_i}$ và biết U bằng nhau, I cộng dồn ở mạch song song. Same-grade bridge: từ lớp 8, em cũng đã biết mạng điện trong nhà mắc các thiết bị song song để chúng hoạt động độc lập với nhau — bài này định lượng lại ý tưởng đó bằng chính công thức vừa học.

Khởi động

Một gia đình cùng lúc dùng bàn là, quạt, và đèn — tất cả mắc song song vào cùng nguồn 220V. Cầu chì trong nhà cần chọn định mức bao nhiêu ampe để vừa an toàn (không cháy khi dùng bình thường) vừa bảo vệ được mạch (ngắt khi quá tải)?

Kiến thức trọng tâm

Khi tính toán, mỗi thiết bị được coi là một nhánh với điện trở riêng; dòng điện qua từng nhánh tính theo định luật Ohm $I_i = U/R_i$ , và tổng dòng điện mạch chính bằng tổng dòng điện các nhánh $I = \sum I_i$ . Đây chính là dòng điện mà cầu chì hoặc aptomat của mạng điện phải chịu được — cầu chì cần chọn định mức LỚN HƠN dòng điện tổng khi dùng bình thường (có biên độ an toàn), nhưng vẫn đủ nhỏ để ngắt kịp thời khi có sự cố quá tải.

Mạng điện gia đình luôn mắc các thiết bị SONG SONG, không bao giờ mắc nối tiếp, vì hai lý do trực tiếp từ đặc điểm mạch song song đã học: mỗi thiết bị nhận đủ $U = 220\,V$ như thiết kế (không phụ thuộc thiết bị khác đang bật hay tắt), và các thiết bị hoạt động độc lập với nhau (tắt một thiết bị không ảnh hưởng các thiết bị còn lại). Khi tính toán, mỗi thiết bị được coi là một nhánh với điện trở riêng; dòng điện qua từng nhánh tính theo định luật Ohm $I_i = U/R_i$, và tổng dòng điện mạch chính bằng tổng dòng điện các nhánh $I = \sum I_i$. Đây chính là dòng điện mà cầu chì hoặc aptomat của mạng điện phải chịu được — cầu chì cần chọn định mức LỚN HƠN dòng điện tổng khi dùng bình thường (có biên độ an toàn), nhưng vẫn đủ nhỏ để ngắt kịp thời khi có sự cố quá tải.

5 + 1 + 0,25 = 6,25A — tổng dòng điện qua cầu chì; cầu chì nên chọn định mức lớn hơn giá trị này, ví dụ 10A.

Ví dụ

Tính dòng điện tổng và chọn cầu chì

1
Một gia đình dùng đồng thời ba thiết bị mắc song song vào mạng điện $U = 220\,V$ : bàn là ( $R = 44\,\Omega$ ), quạt ( $R = 220\,\Omega$ ), đèn ( $R = 880\,\Omega$ ). Tính dòng điện qua mỗi thiết bị và dòng điện tổng qua cầu chì. Nên chọn cầu chì định mức bao nhiêu ampe trong số 5A, 10A?
Một gia đình dùng đồng thời ba thiết bị mắc song song vào mạng điện $U = 220\,V$: bàn là ($R = 44\,\Omega$), quạt ($R = 220\,\Omega$), đèn ($R = 880\,\Omega$). Tính dòng điện qua mỗi thiết bị và dòng điện tổng qua cầu chì. Nên chọn cầu chì định mức bao nhiêu ampe trong số 5A, 10A?
2
$I_{bàn là} = 220/44 = 5\,A$ ; $I_{quạt} = 220/220 = 1\,A$ ; $I_{đèn} = 220/880 = 0,25\,A$ .
$I_{bàn là} = 220/44 = 5\,A$; $I_{quạt} = 220/220 = 1\,A$; $I_{đèn} = 220/880 = 0,25\,A$.
3
$I_{tổng} = I_{bàn là} + I_{quạt} + I_{đèn} = 5 + 1 + 0,25 = 6,25\,A$ (mạch song song: dòng điện các nhánh cộng dồn tại mạch chính).
$I_{tổng} = I_{bàn là} + I_{quạt} + I_{đèn} = 5 + 1 + 0,25 = 6,25\,A$ (mạch song song: dòng điện các nhánh cộng dồn tại mạch chính).
4
Cầu chì $5\,A$ nhỏ hơn $6,25\,A$ nên sẽ đứt ngay cả khi dùng bình thường — không phù hợp. Cầu chì $10\,A$ lớn hơn $6,25\,A$ , đủ biên độ an toàn khi dùng bình thường mà vẫn ngắt được khi có sự cố quá tải lớn. Vậy nên chọn cầu chì $10\,A$ .
Cầu chì $5\,A$ nhỏ hơn $6,25\,A$ nên sẽ đứt ngay cả khi dùng bình thường — không phù hợp. Cầu chì $10\,A$ lớn hơn $6,25\,A$, đủ biên độ an toàn khi dùng bình thường mà vẫn ngắt được khi có sự cố quá tải lớn. Vậy nên chọn cầu chì $10\,A$.

Ví dụ

Một nhánh hỏng trong mạng điện song song

1
Bốn bóng đèn giống nhau, mỗi bóng $R = 220\,\Omega$ , mắc song song vào mạng điện $U = 220\,V$ . a) Tính dòng điện qua mỗi bóng và dòng điện tổng khi cả bốn bóng hoạt động. b) Một bóng bị đứt dây tóc (hở mạch nhánh đó). Ba bóng còn lại có sáng bình thường không? Tính lại dòng điện tổng lúc này (làm tròn đến hàng phần mười).
Bốn bóng đèn giống nhau, mỗi bóng $R = 220\,\Omega$, mắc song song vào mạng điện $U = 220\,V$. a) Tính dòng điện qua mỗi bóng và dòng điện tổng khi cả bốn bóng hoạt động. b) Một bóng bị đứt dây tóc (hở mạch nhánh đó). Ba bóng còn lại có sáng bình thường không? Tính lại dòng điện tổng lúc này (làm tròn đến hàng phần mười).
2
Mỗi bóng: $I_{bóng} = 220/220 = 1\,A$ . Bốn bóng song song: $I_{tổng} = 4 \times 1 = 4\,A$ .
Mỗi bóng: $I_{bóng} = 220/220 = 1\,A$. Bốn bóng song song: $I_{tổng} = 4 \times 1 = 4\,A$.
3
Vì các bóng mắc song song, mỗi bóng vẫn nối trực tiếp vào hai điểm của mạng điện — một bóng đứt không ảnh hưởng U ở ba bóng còn lại, nên chúng vẫn sáng bình thường. Dòng điện tổng lúc này chỉ còn ba nhánh: $I_{tổng}' = 3 \times 1 = 3\,A$ (dòng điện tổng GIẢM đi đúng phần của bóng đã hỏng, không phải giảm đều cho cả bốn).
Vì các bóng mắc song song, mỗi bóng vẫn nối trực tiếp vào hai điểm của mạng điện — một bóng đứt không ảnh hưởng U ở ba bóng còn lại, nên chúng vẫn sáng bình thường. Dòng điện tổng lúc này chỉ còn ba nhánh: $I_{tổng}' = 3 \times 1 = 3\,A$ (dòng điện tổng GIẢM đi đúng phần của bóng đã hỏng, không phải giảm đều cho cả bốn).
4
Vậy ba bóng còn lại vẫn sáng bình thường với $I_{tổng}' = 3\,A$ — đây chính là ưu điểm của mắc song song so với mắc nối tiếp đã học ở Chương 1.
Vậy ba bóng còn lại vẫn sáng bình thường với $I_{tổng}' = 3\,A$ — đây chính là ưu điểm của mắc song song so với mắc nối tiếp đã học ở Chương 1.

Sai lầm thường gặp

Nhiều bạn nghĩ một nhánh trong mạch song song bị hỏng sẽ làm các nhánh khác cũng ngừng hoạt động, nhầm lẫn với mạch nối tiếp. Trong mạch song song, mỗi nhánh độc lập — nhánh hỏng chỉ tự ngắt chính nó, các nhánh còn lại vẫn nhận đủ U và hoạt động bình thường.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Điều cần nhớ

Mạng điện gia đình mắc song song để mỗi thiết bị nhận đủ U và hoạt động độc lập. Dòng điện tổng qua cầu chì bằng tổng dòng điện các thiết bị đang hoạt động; cầu chì chọn định mức lớn hơn dòng điện bình thường nhưng vẫn đủ nhạy để ngắt khi quá tải.

Bài sau kết hợp cả hai kiểu mắc — nối tiếp và song song — trong cùng MỘT mạch, tạo thành mạch điện hỗn hợp: dạng bài phổ biến nhất trong đề kiểm tra và đề thi điện học lớp 9.