Bài học

Đặc điểm I và U trong mạch song song

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu và vận dụng được hai đặc điểm của mạch song song: hiệu điện thế bằng nhau ở mọi nhánh, và cường độ dòng điện mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện các nhánh.

Kiến thức nền cần nhớ

Chương trước em đã học mạch nối tiếp — chỉ một đường đi, hỏng một điểm là hở cả mạch. Mạch song song hoàn toàn khác: có ít nhất hai nhánh cùng nối vào hai điểm chung (gọi là hai điểm nút), mỗi nhánh là một đường đi riêng cho dòng điện, độc lập với các nhánh khác.

Khởi động

Ở nhà, tắt tivi không làm tắt tủ lạnh hay quạt, dù tất cả đều lấy điện từ cùng một đường dây trong nhà. Vì sao các thiết bị này lại hoạt động độc lập với nhau như vậy?

Kiến thức trọng tâm

Trong mạch song song, mỗi nhánh nối trực tiếp vào cùng hai điểm nút chung — mà hiệu điện thế giữa hai điểm nút đó là một giá trị xác định, không phụ thuộc nhánh nào đang được xét. Vì vậy: trong mạch song song, hiệu điện thế bằng nhau ở mọi nhánh, và bằng đúng hiệu điện thế giữa hai điểm nút chung (thường cũng là $U$ của nguồn nếu các nhánh nối trực tiếp vào nguồn): $U = U_1 = U_2 = ...$

Trong mạch song song, mỗi nhánh nối trực tiếp vào cùng hai điểm nút chung — mà hiệu điện thế giữa hai điểm nút đó là một giá trị xác định, không phụ thuộc nhánh nào đang được xét. Vì vậy: **trong mạch song song, hiệu điện thế bằng nhau ở mọi nhánh**, và bằng đúng hiệu điện thế giữa hai điểm nút chung (thường cũng là $U$ của nguồn nếu các nhánh nối trực tiếp vào nguồn): $U = U_1 = U_2 = ...$

Về dòng điện, dòng điện từ nguồn chạy tới điểm nút thì tách ra chảy vào từng nhánh, rồi các dòng nhánh lại gộp về đúng bằng nhau tại điểm nút thứ hai trước khi quay về nguồn — giống một dòng nước chảy tới ngã ba, chia ra nhiều dòng nhỏ, rồi hợp lại y nguyên ở ngã ba tiếp theo. Do đó: trong mạch song song, cường độ dòng điện mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện các nhánh: $I = I_1 + I_2 + ...$ Mỗi nhánh có thể có $I$ khác nhau hoàn toàn, tuỳ vào chính thiết bị trên nhánh đó, dù mọi nhánh đều chịu cùng một $U$ .

Về dòng điện, dòng điện từ nguồn chạy tới điểm nút thì tách ra chảy vào từng nhánh, rồi các dòng nhánh lại gộp về đúng bằng nhau tại điểm nút thứ hai trước khi quay về nguồn — giống một dòng nước chảy tới ngã ba, chia ra nhiều dòng nhỏ, rồi hợp lại y nguyên ở ngã ba tiếp theo. Do đó: **trong mạch song song, cường độ dòng điện mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện các nhánh**: $I = I_1 + I_2 + ...$ Mỗi nhánh có thể có $I$ khác nhau hoàn toàn, tuỳ vào chính thiết bị trên nhánh đó, dù mọi nhánh đều chịu cùng một $U$.

Cách nhận diện nhanh một mạch song song bằng mắt cũng khá rõ ràng: nếu sơ đồ có ít nhất một điểm nút mà từ ba dây dẫn trở lên cùng chụm vào (chứ không phải chỉ hai dây gặp nhau như mạch nối tiếp), đó là dấu hiệu của một nhánh rẽ — tức là mạch song song. Một điểm khác biệt quan trọng cần khắc sâu: hai quy tắc của mạch song song ( $U$ như nhau, $I$ cộng dồn) hoàn toàn ngược với hai quy tắc của mạch nối tiếp ( $I$ như nhau, $U$ cộng dồn) mà em vừa học ở chương trước — học đối chiếu hai chương với nhau sẽ giúp em nhớ chắc, tránh áp dụng nhầm công thức của mạch này cho mạch kia.

Cách nhận diện nhanh một mạch song song bằng mắt cũng khá rõ ràng: nếu sơ đồ có ít nhất một điểm nút mà từ ba dây dẫn trở lên cùng chụm vào (chứ không phải chỉ hai dây gặp nhau như mạch nối tiếp), đó là dấu hiệu của một nhánh rẽ — tức là mạch song song. Một điểm khác biệt quan trọng cần khắc sâu: hai quy tắc của mạch song song ($U$ như nhau, $I$ cộng dồn) hoàn toàn ngược với hai quy tắc của mạch nối tiếp ($I$ như nhau, $U$ cộng dồn) mà em vừa học ở chương trước — học đối chiếu hai chương với nhau sẽ giúp em nhớ chắc, tránh áp dụng nhầm công thức của mạch này cho mạch kia.

Vì sao hai bóng đèn cùng chịu một $U$ như nhau lại có thể có $I$ khác nhau? Câu trả lời nằm ở chính bản thân từng thiết bị: mỗi loại bóng đèn, mỗi loại thiết bị điện có một khả năng cản trở dòng điện khác nhau (khái niệm này sẽ có tên gọi và công thức chính thức ở lớp 9, gọi là điện trở). Ở mức lớp 8, em chỉ cần ghi nhớ: với cùng một $U$ đặt vào, thiết bị nào tiêu thụ điện năng càng lớn thì thường kéo theo $I$ nhánh của thiết bị đó càng lớn — đây là lý do một chiếc tủ lạnh (tiêu thụ điện nhiều) luôn có $I$ lớn hơn hẳn một chiếc đèn ngủ, dù cả hai đều cùng cắm vào ổ điện $220 V$ .

I mạch chính bằng đúng tổng I của hai nhánh: 0,2A + 0,3A = 0,5A.

Ví dụ

Tính U và I trong mạch song song hai bóng đèn

1
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 giống nhau mắc song song vào nguồn $U = 3 V$ . Vôn kế đo được $U_1 = 3 V$ ở Đ1. Ampe kế mạch chính đo được $I = 0,5 A$ , ampe kế tại nhánh Đ1 đo được $I_1 = 0,2 A$ . Tính $U_2$ và $I_2$ .
Hai bóng đèn Đ1, Đ2 giống nhau mắc song song vào nguồn $U = 3 V$. Vôn kế đo được $U_1 = 3 V$ ở Đ1. Ampe kế mạch chính đo được $I = 0,5 A$, ampe kế tại nhánh Đ1 đo được $I_1 = 0,2 A$. Tính $U_2$ và $I_2$.
2
Ta có trong mạch song song, hiệu điện thế bằng nhau ở mọi nhánh, nên $U_2 = U_1 = 3 V$ .
Ta có trong mạch song song, hiệu điện thế bằng nhau ở mọi nhánh, nên $U_2 = U_1 = 3 V$.
3
Ta có trong mạch song song, $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh: $I = I_1 + I_2$ , suy ra $I_2 = I - I_1 = 0,5 - 0,2 = 0,3 A$ .
Ta có trong mạch song song, $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh: $I = I_1 + I_2$, suy ra $I_2 = I - I_1 = 0,5 - 0,2 = 0,3 A$.
4
Vậy $U_2 = 3 V$ và $I_2 = 0,3 A$ — U bằng nhau ở hai nhánh, còn I mỗi nhánh khác nhau.
Vậy $U_2 = 3 V$ và $I_2 = 0,3 A$ — U bằng nhau ở hai nhánh, còn I mỗi nhánh khác nhau.

Ví dụ

Tìm ẩn số trong mạch song song ba bóng đèn

1
Ba bóng đèn Đ1, Đ2, Đ3 mắc song song với nguồn $U = 6 V$ . Biết $I_1 = 0,15 A$ , $I_2 = 0,25 A$ , ampe kế mạch chính chỉ $I = 0,6 A$ . Tính $I_3$ và cho biết hiệu điện thế qua mỗi bóng.
Ba bóng đèn Đ1, Đ2, Đ3 mắc song song với nguồn $U = 6 V$. Biết $I_1 = 0,15 A$, $I_2 = 0,25 A$, ampe kế mạch chính chỉ $I = 0,6 A$. Tính $I_3$ và cho biết hiệu điện thế qua mỗi bóng.
2
Ta có trong mạch song song, $U$ bằng nhau ở mọi nhánh và bằng $U$ nguồn, nên $U_1 = U_2 = U_3 = U = 6 V$ . (1)
Ta có trong mạch song song, $U$ bằng nhau ở mọi nhánh và bằng $U$ nguồn, nên $U_1 = U_2 = U_3 = U = 6 V$. (1)
3
Ta có $I = I_1 + I_2 + I_3$ , suy ra $I_3 = I - I_1 - I_2 = 0,6 - 0,15 - 0,25 = 0,2 A$ . (2)
Ta có $I = I_1 + I_2 + I_3$, suy ra $I_3 = I - I_1 - I_2 = 0,6 - 0,15 - 0,25 = 0,2 A$. (2)
4
Cộng lại $I_1 + I_2 + I_3 = 0,15 + 0,25 + 0,2 = 0,6 A$ , đúng bằng $I$ mạch chính đã cho — kết quả khớp với đề bài.
Cộng lại $I_1 + I_2 + I_3 = 0,15 + 0,25 + 0,2 = 0,6 A$, đúng bằng $I$ mạch chính đã cho — kết quả khớp với đề bài.
5
Từ (1) và (2), vậy mỗi bóng đèn có $U = 6 V$ , và $I_3 = 0,2 A$ .
Từ (1) và (2), vậy mỗi bóng đèn có $U = 6 V$, và $I_3 = 0,2 A$.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất: áp dụng nhầm công thức cộng $U$ của mạch nối tiếp vào mạch song song. Trong mạch song song, $U$ KHÔNG cộng dồn — mọi nhánh đều chịu cùng một $U$ ; chỉ có $I$ mới cộng dồn thành $I$ mạch chính. Một sai lầm khác là quên rằng mỗi nhánh trong mạch song song có thể có $I$ khác nhau (tuỳ thiết bị trên nhánh), dù cùng chịu một $U$ như nhau.

Sai lầm phổ biến nhất: áp dụng nhầm công thức cộng $U$ của mạch nối tiếp vào mạch song song. Trong mạch song song, $U$ KHÔNG cộng dồn — mọi nhánh đều chịu cùng một $U$; chỉ có $I$ mới cộng dồn thành $I$ mạch chính. Một sai lầm khác là quên rằng mỗi nhánh trong mạch song song có thể có $I$ khác nhau (tuỳ thiết bị trên nhánh), dù cùng chịu một $U$ như nhau.

Ghi nhớ

Mạch song song: nhiều nhánh cùng nối vào hai điểm nút chung, $U$ bằng nhau ở mọi nhánh ( $U = U_1 = U_2 = ...$ ), $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh ( $I = I_1 + I_2 + ...$ ). Mỗi nhánh hoạt động độc lập với các nhánh khác.

Mạch song song: nhiều nhánh cùng nối vào hai điểm nút chung, $U$ bằng nhau ở mọi nhánh ($U = U_1 = U_2 = ...$), $I$ mạch chính bằng tổng $I$ các nhánh ($I = I_1 + I_2 + ...$). Mỗi nhánh hoạt động độc lập với các nhánh khác.

Bài sau vận dụng quy tắc này để hiểu vì sao mạng điện gia đình bắt buộc phải mắc song song, chứ không thể mắc nối tiếp như dây đèn trang trí.