Khảo sát đường đặc trưng vôn-ampe của dây dẫn

Sau bài này, em đọc và vẽ được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện $I$ vào hiệu điện thế $U$ từ một bảng số liệu thí nghiệm, nhận ra đồ thị đó là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ, và phát biểu được kết luận thí nghiệm về mối quan hệ giữa $I$ và $U$.

Bài trước đã ôn lại cách mắc ampe kế nối tiếp để đo $I$ và vôn kế song song để đo $U$. Bài này dùng đúng hai phép đo đó, nhưng lặp lại nhiều lần với các giá trị $U$ khác nhau trên cùng một dây dẫn, để tìm ra quy luật giữa hai đại lượng thay vì chỉ đọc một cặp số liệu đơn lẻ.

Thí nghiệm khảo sát: mắc một dây dẫn xác định (giữ nguyên, không đổi) nối tiếp với ampe kế, một vôn kế mắc song song hai đầu dây, và một nguồn điện có thể điều chỉnh được hiệu điện thế. Tăng dần $U$ và ghi lại $I$ tương ứng, ta thu được bảng số liệu dạng: $U=2$V thì $I=0{,}1$A; $U=4$V thì $I=0{,}2$A; $U=6$V thì $I=0{,}3$A. Nhận xét đầu tiên: khi $U$ tăng lên bao nhiêu lần thì $I$ cũng tăng lên đúng bấy nhiêu lần — tỉ số $U/I$ luôn giữ nguyên một giá trị không đổi (ở đây là 20, đơn vị V/A) dù $U$ và $I$ thay đổi. Nhận xét thứ hai: nếu biểu diễn từng cặp giá trị $(U, I)$ lên một hệ trục toạ độ với $U$ là trục hoành, $I$ là trục tung, các điểm đo được nằm thẳng hàng trên một đường thẳng, và đường thẳng đó đi qua đúng gốc toạ độ $O$. Đồ thị này gọi là **đường đặc trưng vôn-ampe** của dây dẫn đang khảo sát. Từ hai nhận xét trên, ta rút ra **kết luận thí nghiệm**: cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn đó. Đây là kết luận thực nghiệm — đúng với một dây dẫn xác định khi nhiệt độ của dây không đổi trong suốt quá trình đo; nếu đổi sang một dây dẫn khác, đường đặc trưng vẫn là đường thẳng qua gốc toạ độ nhưng có độ dốc khác. Trong phòng thực hành ở trường, để có một đường đặc trưng đáng tin cậy, người ta không dừng lại ở một cặp số liệu duy nhất mà đo ít nhất ba đến bốn cặp $(U, I)$ khác nhau rồi vẽ đường thẳng khớp nhất qua các điểm đó. Đo càng nhiều điểm, đường vẽ ra càng đáng tin, vì mỗi phép đo đơn lẻ luôn kèm một sai số nhỏ (do đọc kim lệch một vạch, do dây nối tiếp xúc chưa thật chuẩn), và các sai số ngẫu nhiên ấy có xu hướng triệt tiêu bớt nhau khi nhìn trên đồ thị của nhiều điểm cùng lúc. Nếu chỉ đo đúng một cặp $(U, I)$, ta không thể phân biệt được đó là một điểm nằm trên đường thẳng qua gốc toạ độ hay một điểm bất kỳ nào khác — phải có ít nhất hai điểm mới xác định được cả đường đặc trưng, và có thêm điểm thứ ba, thứ tư để kiểm chứng lại.

Bài tiếp theo đặt tên chính thức cho tỉ số $U/I$ không đổi vừa tìm được — đó chính là **điện trở** của dây dẫn — và phát biểu định luật Ohm để tính nhanh $I$, $U$ hoặc điện trở khi biết hai đại lượng còn lại.