Bài học

Sơ đồ mạch điện, cường độ dòng điện và hiệu điện thế

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vẽ được sơ đồ một mạch điện đơn giản bằng kí hiệu chuẩn, xác định đúng chiều dòng điện quy ước, và mắc đúng ampe kế (đo cường độ dòng điện) cùng vôn kế (đo hiệu điện thế) trong mạch.

Kiến thức nền cần nhớ

Em đã biết một mạch điện kín cần có nguồn điện (pin, ắc quy), dây dẫn, và một thiết bị tiêu thụ điện (bóng đèn). Bài này hệ thống lại cách mô tả mạch bằng kí hiệu và cách đo hai đại lượng quan trọng nhất của nó: cường độ dòng điện và hiệu điện thế.

Khởi động

Khi công tắc đèn trong phòng đang mở (ngắt mạch), bóng đèn không sáng dù dây điện vẫn nối đến tận ổ cắm. Chỉ cần bật công tắc, đèn sáng ngay lập tức. Điều gì đã thay đổi trong mạch điện chỉ bằng một cái gạt nhỏ đó?

Kiến thức trọng tâm

Nguồn điện (pin, ắc quy) duy trì một dòng điện chạy trong mạch kín. Theo quy ước, chiều dòng điện trong mạch ngoài đi từ cực dương của nguồn, qua dây dẫn và các thiết bị, rồi về cực âm. Mỗi bộ phận mạch có kí hiệu chuẩn: pin, công tắc, bóng đèn, dây dẫn, ampe kế, vôn kế — một mạch điện thực tế luôn có thể chuyển thành sơ đồ chỉ gồm những kí hiệu này, nối với nhau đúng theo cách mắc thực tế.

Cường độ dòng điện $I$ (đơn vị A) đo độ mạnh yếu của dòng điện; ampe kế luôn được mắc NỐI TIẾP vào mạch (chèn thẳng vào dây dẫn), với chốt dương của ampe kế nối về phía cực dương của nguồn. Hiệu điện thế $U$ (đơn vị V) đo sự chênh lệch điện giữa hai đầu một đoạn mạch hay một thiết bị; vôn kế luôn được mắc SONG SONG với đoạn mạch cần đo, không chèn vào dòng chính.

Hai dụng cụ đo này dễ nhầm lẫn vì hình dạng bên ngoài khá giống nhau, nhưng cách mắc lại hoàn toàn trái ngược: ampe kế "đứng chắn ngang đường" của dòng điện (nối tiếp) còn vôn kế "đứng nhìn từ bên ngoài" hai đầu thiết bị (song song). Khi vẽ sơ đồ, em nên vẽ xong mạch chính với nguồn, công tắc, bóng đèn trước, rồi mới thêm ampe kế xen vào dây dẫn và vẽ vôn kế như một nhánh phụ nối vòng qua thiết bị cần đo — làm theo đúng thứ tự này giúp tránh nhầm lẫn vị trí.

Trình tự này giúp tránh lỗi mắc sai vị trí ampe kế hoặc vôn kế — hai lỗi phổ biến nhất khi lắp mạch.

Ví dụ

Mô tả sơ đồ mạch và chiều dòng điện

1
Một mạch điện gồm 1 pin 3 V nối với 1 bóng đèn qua một công tắc, có ampe kế mắc nối tiếp chỉ 0,25 A khi công tắc đóng. Mô tả sơ đồ mạch bằng lời và cho biết chiều dòng điện quy ước trong mạch ngoài.
2
Mạch gồm: cực dương pin nối qua dây dẫn đến một đầu công tắc, đầu kia của công tắc nối đến ampe kế, ampe kế nối tiếp với bóng đèn, rồi bóng đèn nối dây dẫn về cực âm pin — tạo thành một vòng kín.
3
Theo quy ước, chiều dòng điện trong mạch ngoài đi từ cực dương của pin, qua công tắc, ampe kế, bóng đèn, rồi về cực âm của pin.
4
Vậy dòng điện có cường độ 0,25 A, chạy theo chiều từ cực dương qua mạch ngoài về cực âm của pin.

Ví dụ

Phát hiện lỗi mắc ampe kế (dạng thi)

1
Một bạn học sinh mắc ampe kế SONG SONG với bóng đèn (thay vì nối tiếp) trong một mạch đơn giản. Hãy chỉ ra lỗi sai và giải thích hậu quả có thể xảy ra.
2
Ampe kế phải được mắc NỐI TIẾP vào mạch để toàn bộ dòng điện đi qua nó — mắc song song là sai vị trí.
3
Ampe kế được thiết kế để dòng điện đi xuyên qua nó với rất ít cản trở. Khi mắc song song với bóng đèn, phần lớn dòng điện sẽ đổ dồn qua ampe kế thay vì qua bóng đèn, có thể làm hỏng ampe kế và khiến bóng đèn không sáng đúng như thiết kế.
4
Vậy cần sửa lại: tháo ampe kế ra khỏi vị trí song song, chèn nó nối tiếp vào dây dẫn của mạch chính.

Ví dụ

Kiểm tra tính hợp lí của số liệu vôn kế (dạng thi)

1
Một mạch chỉ gồm 3 pin 1,5 V mắc nối tiếp cấp điện cho đúng 1 bóng đèn (không có thiết bị nào khác). Vôn kế mắc song song với bóng đèn chỉ 4,5 V. Số liệu này có hợp lí không? Giải thích.
2
Ba pin 1,5 V mắc nối tiếp cho tổng hiệu điện thế nguồn là $1,5 \times 3 = 4,5\ V$ .
Ba pin 1,5 V mắc nối tiếp cho tổng hiệu điện thế nguồn là $1,5 \times 3 = 4,5\ V$.
3
Vì mạch chỉ có đúng một bóng đèn tiêu thụ điện (không chia sẻ với thiết bị khác), toàn bộ hiệu điện thế nguồn đặt lên bóng đèn đó. Số chỉ vôn kế 4,5 V khớp với hiệu điện thế nguồn — số liệu hợp lí.

Sai lầm thường gặp

Hai lỗi hay gặp nhất: mắc ampe kế song song thay vì nối tiếp (hoặc ngược lại, mắc vôn kế nối tiếp thay vì song song), và nối sai chốt dương/âm của dụng cụ đo so với chiều dòng điện quy ước.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Mạch điện được mô tả bằng sơ đồ kí hiệu chuẩn; chiều dòng điện quy ước đi từ cực dương qua mạch ngoài về cực âm. Ampe kế đo I, mắc NỐI TIẾP; vôn kế đo U, mắc SONG SONG — nhớ đúng cách mắc là điều kiện tiên quyết để số liệu đo có ý nghĩa.

Bài tiếp theo em sẽ so sánh cách I và U ứng xử khác nhau trong mạch nối tiếp và mạch song song — kiến thức cần để giải các bài tập mạch điện tổng hợp.