Định luật Ôm cho toàn mạch là định luật được đặt theo tên của nhà vật lý Georg Simon Ohm (1789 – 1854) người Đức nêu lên mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong mạch với suất điện động của nguồn điện và điện trở của toàn mạch.
1/ Định luật Ôm đối với đoạn mạch có dòng điện
Xét đoạn mạch AB chứa điện trở R, đặt vào hai đầu AB một hiệu điện thế là U, khi đó cường độ dòng điện trong mạch là I liên hệ với U thông qua biểu thức
Trong đó:
- I: cường độ dòng điện (A)
- U: điện áp (hiệu điện thế) giữa hai đầu đoạn mạch (V)
- R: điện trở tương đương của đoạn mạch (Ω)
2/ Các loại đoạn mạch
a/Đoạn mạch có điện trở mắc nối tiếp:
I=I1=I2=I3
U=U1 + U2 + U3
b/ Đoạn mạch có các điện trở mắc song song
U=U1=U2=U3
I=I1 + I2 + I3
3/ Định luật Ôm đối với toàn mạch:
toàn mạch đơn giản là mạch kín gồm điện trở tương đương của mạch ngoài R và một nguồn điện có suất điện động E, điện trở bên trong của nguồn là r.
Giả sử cường độ dòng điện không đổi trong mạch là I, khi đó trong khoảng thời gian t lượng điện tích (điện lượng) nguồn dịch chuyển trong mạch là q=It
Công của nguồn điện: Ang=Eq=E.I.t
Bỏ qua sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có
Trong đó
- U=I.R: điện áp (hiệu điện thế) của mạch ngoài hoặc độ giảm điện thế mạch ngoài (V)
- I.r: độ giảm điện thế của mạch trong (V)
Từ biểu thức (*) => U=IR=E – Ir
Điện trở trong r của nguồn điện rất nhỏ, một số bài toán vật lý ta coi r=0 => U=E hay nói cách khác hiệu điện thế mạch ngoài khi mắc vào hai đầu nguồn điện (r =0) có giá trị bằng độ lớn suất điện động của nguồn điện. Các thông số ghi trên pin (1,5V; 3V …) là giá trị suất điện động của pin và ta cũng có thể coi đó là hiệu điện thế ngoài của pin.
4/ Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch)
Quan sát hiện tượng đoản mạch
Khi nối cực âm với cực dương của nguồn điện ác quy thanh than chì bị nóng đỏ
Vận dụng Định luật Ôm cho toàn mạch và Định luật Jun-Lenxơ giải thích hiện tượng trên
Khi hiện tượng đoản mạch xảy ra (nối tắt cực âm và cực dương của nguồn điện với nhau)
áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch ta có
Nhiệt lượng tỏa ra trên mạch theo định luật Jun-Lenxơ:
Nhận xét: điện trở trong r của nguồn rất nhỏ => I rất lớn, cường độ dòng điện trong mạch lớn sẽ sinh ra nhiệt lượng rất lớn, nhiệt lượng này có thể nung nóng đỏ dây dẫn và làm đứt dây tại vị trí liên kết yếu nhất, đây chính là nguyên tắc hoạt động của cầu chì hoặc rơle, ổn áp để bảo vệ mạch điện khi xảy ra hiện tượng đoản mạch.
Hiện tượng đoản mạch không chỉ xảy ra với mạch điện có dòng điện không đổi, nó xảy cả với mạch điện có dòng điện thay đổi (dòng điện xoay chiều)