Điện trở là một khái niệm mà chắc chắn các bạn đã từng nghe đến trong môn Vật lý. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể giải thích rõ ràng về ý nghĩa và bản chất của nó. Trong bài viết hôm nay, ĐH Lâm Nghiệp sẽ đồng hành cùng các bạn khám phá điện trở của dây dẫn, công thức tính toán và những ứng dụng thú vị của nó trong cuộc sống hàng ngày nhé!
Điện trở của dây dẫn là gì?
Điện trở của dây dẫn là một khái niệm quen thuộc mà chúng ta gặp hàng ngày, và nó thực sự đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Chức năng của điện trở là làm giảm, điều chỉnh dòng điện, từ đó bảo vệ an toàn cho con người trong các hoạt động sinh hoạt hàng ngày.
Trước khi khám phá sâu hơn về điện trở của dây dẫn, hãy cùng nhau tìm hiểu định nghĩa cơ bản về điện trở nhé!
Điện trở là gì?
Điện trở (Resistor) là một khái niệm vật lý quan trọng, thể hiện khả năng của các dây dẫn trong việc cản trở dòng điện. Nói một cách dễ hiểu, điện trở chính là mức độ mà các vật liệu có thể ngăn chặn dòng điện đi qua. Trong thực tế, điện trở được ứng dụng để kiểm soát cường độ dòng điện trong mạch, điều chỉnh tín hiệu và phân chia điện áp một cách hiệu quả.
Điện trở dây dẫn là gì?
Điện trở của dây dẫn chính là điện trở của bản thân dây đó, không thông qua bất kỳ linh kiện nào khác. Mỗi loại vật liệu tạo nên dây dẫn sẽ có giá trị điện trở khác nhau. Có thể hiểu rằng điện trở của dây dẫn phản ánh khả năng cản trở dòng điện.
Điện trở này tỷ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn và điện trở suất của nó, trong khi lại tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của dây.
Ký hiệu sơ đồ của điện trở trong mạch điện:
Trong các sơ đồ mạch điện, điện trở được biểu thị bằng ký hiệu như hình dưới đây:
Đơn vị điện trở:
Điện trở được đo bằng đơn vị ôm (ký hiệu: Ω). Ngoài ra, còn có các bội số của ôm như:
- Kiloôm (kΩ): 1kΩ = 1000Ω
- Mêgaôm (MΩ): 1MΩ = 1000000Ω
Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào yếu tố nào?
Điện trở của dây dẫn chịu ảnh hưởng bởi 3 yếu tố chính: độ dài của dây, diện tích mặt cắt ngang của dây và loại vật liệu cấu thành dây. Hãy cùng khám phá những ví dụ dưới đây để thấy rõ điều này nhé!
Sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài dây dẫn
Khi bạn kết nối một bóng đèn vào một dây dẫn ngắn với hiệu điện thế ổn định, đèn sẽ phát sáng bình thường. Tuy nhiên, nếu bạn thay thế bằng một dây dẫn dài hơn, có cùng kích thước và được làm từ cùng loại vật liệu, thì ánh sáng của đèn sẽ yếu đi. Nguyên nhân là do dây dẫn dài hơn này có điện trở cao hơn so với dây dẫn ban đầu.
Sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện dây dẫn
Nếu các bạn để ý một chút, sẽ thấy rằng mỗi đường dây trong hệ thống truyền tải điện 500kV của chúng ta được cấu tạo từ bốn dây song song. Mỗi dây có tiết diện là 373 mm2, vì vậy tổng tiết diện của cả đường dây sẽ là 373 mm2 x 4 = 1492 mm2. Việc sử dụng cách mắc dây như thế này giúp giảm điện trở của đường dây so với việc chỉ dùng một dây đơn lẻ.
Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn
Nước biển có điện trở suất khoảng 0,2Ω.m, trong khi nước uống thông thường có điện trở suất dao động từ 20Ω.m đến 2000Ω.m. Điều này có nghĩa là nước biển dẫn điện tốt hơn nước uống thông thường từ 100 đến 10000 lần.
Điện trở của một dây dẫn phụ thuộc vào chiều dài, tiết diện và loại vật liệu mà nó được làm ra. (Ảnh: Sưu tầm Internet)
Công thức tính điện trở của dây dẫn
Công thức tính điện trở dây dẫn theo định luật ôm
Trong công thức này, chúng ta có các ký hiệu quan trọng như sau:
- I đại diện cho cường độ dòng điện, được đo bằng đơn vị ampe (ký hiệu là A).
- U biểu thị hiệu điện thế, được đo bằng vôn (ký hiệu là V).
- R là điện trở, được đo bằng ôm (ký hiệu là Ω).
Hãy cùng khám phá thêm về những khái niệm thú vị này nhé!
Công thức tính điện trở dây dẫn dựa theo các thông số của dây
R = ρ.L/S
Trong công thức này:
- R biểu thị cho điện trở
- ρ là điện trở suất, phụ thuộc vào loại vật liệu
- L là chiều dài của dây dẫn
- S là tiết diện của dây
Điện trở của các dây dẫn có cùng tiết diện và được chế tạo từ một loại vật liệu giống nhau sẽ tỷ lệ thuận với chiều dài của chúng. Chẳng hạn, nếu ta có hai đoạn dây dẫn 1 và 2 với tiết diện giống nhau, cùng chất liệu nhưng chiều dài khác nhau là L1 và L2, thì ta có thể viết:
R1/R2 = L1/L2
Trong đó:
- R1, L1 là điện trở và chiều dài của dây dẫn 1.
- R2, L2 là điện trở và chiều dài của dây dẫn 2.
Ngược lại, nếu các dây dẫn có cùng chiều dài và được làm từ một loại vật liệu nhất định, thì điện trở sẽ tỷ lệ nghịch với tiết diện của dây dẫn. Ví dụ, với hai đoạn dây dẫn 1 và 2 có chiều dài giống nhau, cùng chất liệu nhưng tiết diện khác nhau là S1 và S2, ta có:
R1/R2 = S2/S1
Trong đó:
- R1, S1 là điện trở và tiết diện của dây dẫn 1.
- R2, S2 là điện trở và tiết diện của dây dẫn 2.
Tốn thất do điện trở
Khi dòng điện I đi qua một dây dẫn hoặc vật liệu dẫn điện nào đó có điện trở R, năng lượng điện sẽ chuyển hóa thành nhiệt và bị thất thoát ra môi trường, dẫn đến tổn thất năng lượng P.
Để giảm thiểu những tổn thất này do điện trở gây ra trong quá trình truyền tải điện, các kỹ sư thường lựa chọn những vật liệu dẫn điện có khả năng dẫn điện tốt hơn, sử dụng dây có tiết diện lớn hơn và áp dụng điện áp cao hơn.
Khám phá thêm: Tổng hợp kiến thức về cường độ dòng điện một cách dễ hiểu nhé!
Bài tập vận dụng định luật Ôm và công thức tính điện trở của dây dẫn
Bài 1 (trang 32 SGK Vật Lý 9): Một dây dẫn làm từ nicrom có chiều dài 30m và tiết diện 0,3mm² được kết nối với nguồn điện áp 220V. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn này.
Tóm tắt:
Dây nicrom có điện trở suất ρ = 1,1.10^-6Ω.m; l = 30m; S = 0,3mm² = 0,3.10^-6m²; U = 220V;
I = ?
Giải pháp:
Đầu tiên, ta cần tính điện trở của dây dẫn:
Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ là:
I = U/R = 220/110 = 2A
Bài 2 (trang 32 SGK Vật Lý 9): Một bóng đèn khi sáng hơn bình thường có điện trở R1 = 7,5Ω và cường độ dòng điện chạy qua đèn lúc đó là I = 0,6 A. Bóng đèn này được mắc nối tiếp với một biến trở và cả hai được kết nối vào nguồn điện áp U = 12V như trong sơ đồ hình 11.1.
- Để điều chỉnh biến trở sao cho bóng đèn sáng bình thường, trị số điện trở R2 cần phải là bao nhiêu?
- Biến trở này có điện trở lớn nhất là Rb = 30Ω với cuộn dây dẫn được làm bằng hợp kim nikelin có tiết diện S = 1mm². Tính chiều dài l của dây dẫn dùng để chế tạo biến trở này.
Tóm tắt:
RĐ = R1 = 7,5Ω và IĐ đm = I = 0,6A; đèn nối tiếp với biến trở; U = 12V
- Để đèn hoạt động bình thường, Rb = R2 = ?
- Rb max = 30Ω, dây nikelin có ρ = 0,4.10^-6Ω.m, S = 1mm² = 1.10^-6m², l = ?
Giải pháp:
Để bóng đèn sáng bình thường, cường độ dòng điện qua mạch cần đạt 0,6 A. Khi đó, điện trở tương đương của mạch sẽ là:
Rtđ = UI = 120,6 = 20 Ω
Theo sơ đồ hình 11.1, ta có Rtđ = R1 + R2
Từ đó, ta tính được R2 = Rtđ – R1 = 20 – 7,5 = 12,5Ω
- Áp dụng công thức:
Bài viết trên đã tổng hợp đầy đủ các khái niệm và công thức liên quan đến đại lượng vật lý này. Hy vọng rằng, qua bài viết, các em sẽ hiểu rõ hơn về điện trở, những yếu tố ảnh hưởng đến nó và các ứng dụng thực tiễn hữu ích trong cuộc sống hàng ngày.
