4
+ U - R 1 R 3 R 4 R 5 B A C D R 2 + U - R 1 R 3 R 4 R 5 B A C D R 2 I 1 I 5 I 2 I 4 I 3 I PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT GIẢI CÁC BÀI TOÁN ĐIỆN MỘT CHIỀU Bá Văn Khôi I. Mở đầu Các dạng định luật Ôm đã giúp ta giải quyết được nhiều bài toán mạch điện. Bằng các phép thu gọn mạch điện như dùng điện trở tương đương, nguồn điện tương đương… ta đưa được nhiều mạch điện về các dạng đơn giản để có thể áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch, cho mạch kín để giải quyết. Tuy nhiên, khi scác nguồn điện, các điện trở nhiều, mắc thành các mạch hỗn hợp phức tạp thì phương pháp dùng định luật Ôm không giải quyết được. Phương pháp điện thế nút nhằm tới việc thành lập một hệ nhiều phương trình bậc nhất giúp ta về nguyên tắc có thể giải quyết bài toán mạch điện phức tạp bất kỳ. Nút mạng ( gọi tắt là nút) là nơi có từ 3 đoạn mạch trở lên nối vào. Riêng trường hợp đặc biệt của mạch kín đơn giản, mạch điện chỉ có 1 mắt, ta vẫn có thể xem là có 2 nút với mỗi nút chỉ có 2 đoạn mạch nối vào và vẫn áp dụng được phương pháp điện thế nút. Trong phương pháp điện thế nút ta sẽ lấy điện thế của các nút làm ẩn số. Khi đã tìm được điện thế các nút ta dễ dàng tính được hiệu điện thế giữa các cặp nút và sau đó dùng định luật Ôm suy ra dòng điện trong các đoạn mạch. Trong mạng điện có n nút, ta chọn 1 nút xem như nối đất có điện thế bằng 0, còn ( n – 1) nút và ta có ( n – 1) ẩn số V i ( i = 1, 2,…, n – 1). Các ẩn V i này là các đại lượng đại số, có thể dương hay âm. Trong phương pháp này, khi giải bài toán về mạch điện, hệ phương trình được thiết lập từ các phương trình về nút và các phương trình cho các đoạn mạch giữa các nút. Các phương trình cho đoạn mạch chính là biểu thức định luật Ôm tổng quát viết cho đoạn mạch không phân nhánh nằm giữa các nút. Vì ta chỉ quan tâm đến hiệu điện thế giữa các nút, nên ta có thể chọn gốc tính điện thế là điện thế ở 1 nút bất kỳ nào, nghĩa là đặt điện thế nút đó bằng 0. Như vậy số ẩn số về điện thế giảm đi 1. Giải hệ phương trình ta tìm được các điện thế tại các nút còn lại, nhờ đó tìm được lời giải cho bài toán. II. Phương pháp điện thế nút 1. Biểu diễn cường độ và chiều dòng điện trên các đoạn mạch một cách hoàn toàn tùy ý. 2. Cho điện thế ở một nút nào đó bằng không. Chú ý chọn nút nào để có thể từ điện thế không ở nút đó suy ra ngay được điện thế ở một số nút khác. 3. Viết phương trình cường độ dòng điện tại những nút chưa biết điện thế theo định luật nút mạch. 4. Viết phương trình cường độ dòng điện trên các đoạn mạch theo công thức định luật Ôm tổng quát. 5. Thay các cường độ này vào các phương trình nút để tìm các điện thế chưa biết. 6. Thay các điện thế tìm được vào các phương trình ở bước 4 để tính các cường độ dòng điện. II. Các bài tập ví dụ Bài tập 1. Cho mạch điện như hình vẽ: R 1 = R 4 = R 5 = 1Ω; R 2 = R 3 = 2; U = 6(V). Tìm cường độ dòng điện qua các điện trở và điện trở tương đương của mạch. Giải Giả sử dòng điện có chiều và cường độ qua các đoạn mạch như hình v. Chọn mốc điện thế tại B (V B = 0). Khi đó U AB = V A –V B = U= 6(v) V A = 6(V) Tại nút C: I 1 = I 5 + I 2 (1) Tại nút D: I 4 = I 5 + I 3 (2)

Phương Pháp Điện Thế Nút

  • Upload
    khanh

  • View
    120

  • Download
    7

Embed Size (px)

DESCRIPTION

PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Citation preview

  • + U -

    R1

    R3 R4 R5

    B A

    C

    D

    R2

    + U -

    R1

    R3 R4 R5

    B A

    C

    D

    R2 I1

    I5

    I2

    I4 I3

    I

    PHNG PHP IN TH NT GII CC BI TON IN MT CHIU B Vn Khi

    I. M u Cc dng nh lut m gip ta gii quyt c nhiu bi ton mch in. Bng cc php thu gn mch in nh dng in tr tng ng, ngun in tng ng ta a c nhiu mch in v cc dng n gin c th p dng nh lut m cho on mch, cho mch kn gii quyt. Tuy nhin, khi s cc ngun in, cc in tr nhiu, mc thnh cc mch hn hp phc tp th phng php dng nh lut m khng gii quyt c. Phng php in th nt nhm ti vic thnh lp mt h nhiu phng trnh bc nht gip ta v nguyn tc c th gii quyt bi ton mch in phc tp bt k. Nt mng ( gi tt l nt) l ni c t 3 on mch tr ln ni vo. Ring trng hp c bit ca mch kn n gin, mch in ch c 1 mt, ta vn c th xem l c 2 nt vi mi nt ch c 2 on mch ni vo v vn p dng c phng php in th nt. Trong phng php in th nt ta s ly in th ca cc nt lm n s. Khi tm c in th cc nt ta d dng tnh c hiu in th gia cc cp nt v sau dng nh lut m suy ra dng in trong cc on mch. Trong mng in c n nt, ta chn 1 nt xem nh ni t c in th bng 0, cn ( n 1) nt v ta c ( n 1) n s Vi ( i = 1, 2,, n 1). Cc n Vi ny l cc i lng i s, c th dng hay m. Trong phng php ny, khi gii bi ton v mch in, h phng trnh c thit lp t cc phng trnh v nt v cc phng trnh cho cc on mch gia cc nt. Cc phng trnh cho on mch chnh l biu thc nh lut m tng qut vit cho on mch khng phn nhnh nm gia cc nt. V ta ch quan tm n hiu in th gia cc nt, nn ta c th chn gc tnh in th l in th 1 nt bt k no, ngha l t in th nt bng 0. Nh vy s n s v in th gim i 1. Gii h phng trnh ta tm c cc in th ti cc nt cn li, nh tm c li gii cho bi ton. II. Phng php in th nt 1. Biu din cng v chiu dng in trn cc on mch mt cch hon ton ty . 2. Cho in th mt nt no bng khng. Ch chn nt no c th t in th khng nt suy ra ngay c in th mt s nt khc. 3. Vit phng trnh cng dng in ti nhng nt cha bit in th theo nh lut nt mch. 4. Vit phng trnh cng dng in trn cc on mch theo cng thc nh lut m tng qut. 5. Thay cc cng ny vo cc phng trnh nt tm cc in th cha bit. 6. Thay cc in th tm c vo cc phng trnh bc 4 tnh cc cng dng in. II. Cc bi tp v d Bi tp 1. Cho mch in nh hnh v: R1 = R4 = R5 = 1; R2 = R3 = 2; U = 6(V). Tm cng dng in qua cc in tr v in tr tng ng ca mch.

    Gii Gi s dng in c chiu v cng qua cc on mch nh hnh v. Chn mc in th ti B (VB = 0). Khi UAB = VA VB = U= 6(v) VA = 6(V) Ti nt C: I1 = I5 + I2 (1) Ti nt D: I4 = I5 + I3 (2)

  • p dng inh lut m ta c: A C1 A C A1

    V VI V V 6 V

    R-

    = = - = -

    C B C22

    V V VI

    R 2-

    = =

    A D D33

    V V 6 VI

    R 2- -

    = =

    D B4 D4

    V VI V

    R-

    = =

    I5 = C D C D5

    V VV V

    R-

    = -

    Thay vo phng trnh (1) v (2) ta c: 6 VC = VC VD + CV2

    VD = VC VD + D6 V

    2-

    Gii h phng trnh trn ta c: VD = 187

    (V); VC = 247

    (V)

    Thay vo cc phng trnh dng in ta c: I1 = 187

    (A); I2 = 127

    (A); I3 = 127

    (A); I4 = 187

    (A); I5 =67

    (A)

    Ti nt A ta c I = I1 + I3 = 307

    (A)

    in tr tng ng ca mch: R = U 6 1430I7

    = = W

    Bi tp 2. Cho mch in nh hnh v: e1 = 65V, e2 = 39V, r1 = r2 = 0, R1 = 20, R2 = R3 = R4 = R5 = 10. Tm tt c cc cng dng in.

    Gii Chiu v cng dng in trn cc on mch c biu din nh hnh v. Chn in th nt C bng 0 (VC = 0) ta c ngay: VB VC = e2 I2r2 = e2 = 39V VB = 39V Ti nt A: I1 = I3 + I2 Ti nt D: I2 = I4 + I5 (1) p dng nh lut m cho cc on mch: B A A1

    1

    V V 39 VI

    R 20- -

    = =

    A D A D22

    V V V VI

    R 10- -

    = =

    A C A33

    V V VI

    R 10-

    = = (2)

    D C D44

    V V VI

    R 10-

    = =

  • R2

    R4 R1

    E2

    C

    A

    B

    E1

    D

    R5

    R6

    R3

    D B 1 D55

    (V V ) e V 26I

    R 10- + +

    = =

    I6 = I3 + I4 Thay vo (2) vo (1) ta c h phng trnh: 5VA 2VD = 39 3VD VA = - 26 Gii h ta c: VA = 5V; VD = - 7V Thay cc in th tnh c vo cc phng trnh (2) ta thu c: I1 = 1,7A; I2 = 1,2A; I3 = 0,5A; I4 = - 0,7A; I5 = 1,9A; I6 = - 0,2A. Du I4 v I6 chng t chiu dng in biu din trn mch khng ph hp vi chiu thc t. Bi tp 3. Cho mch in hnh v: E1 = 5(V); E2=3(V), r1 = r2 = 0(), R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = 1(). Tnh cng dng in qua cc nhnh v hiu in th UAB.

    Gii Gi s dng in c chiu v cng nh hnh v Chn mc in th ti D( VD = 0) Khi UAD = VA VD = E2 - I r2 = E2 = 3(V) VA = 3(V) Ti nt C: I2 = I4 + I6 (1) Ti nt B: I6 = I5 + I1 (2) A C C D C B

    2 3 4 6

    V V V V V VR R R R

    - - - = +

    +

    C B B D B A 16 5 1

    V V V V V V ER R R- - - +

    = +

    5VC -2VB = 3 VC 3VB = 2

    Gii h phng trnh ta c: VC = 513

    (V); VB = -7

    13(V)

    Vy : I1 = 1913

    (A); I2 = 1713

    (A); I3 = 1713

    (A); I4 = 5

    13(A); I5 = -

    713

    (A); I6 = 1213

    (A); I = I2 I1 = - 0,15(A).

    I v I5 chy theo chiu ngc li ta quy c. Bi tp 4. Cho mch in hnh v: E = 29(V); r = 1(); R1 = R5 =5(); R2 =2(); R3 =10(); R4 =30(); R6 =3(). Tnh cng dng in qua cc in tr v in tr tng ng ca mch AB.

    Gii Gi s dng in c chiu v cng qua cc on mch nh hnh v. Chn mc in th ti B (VB = 0). Ti cc nt C, D v A, ta c:

    R2

    R4 R1

    E2

    C

    A

    B

    E1

    D R5

    R6

    R3

    I2

    I4

    I6

    I

    I1 I5

    R3 R4

    R5 B A

    C

    D

    R2 I1

    I5

    I2

    I4 I3

    I6 R6 E, r

  • A C C B C D

    1 2 51 2 5

    C DD B A D4 3 5

    4 3 56 1 3

    A CB A A D

    6 1 3

    V V V V V VR R R

    I I IV VV V V V

    I I IR R R

    I I IV VV V E V V

    R r R R

    - - -= +

    = + -- - = + = +

    = + -- + -= +

    +

    A C C C D

    A C DC DD A D

    A C D

    A C DA CA A D

    V V V V V5 2 5 2V 9V 2V 0

    V VV V V3V 6V 10V 0

    30 10 511V 4V 2V 130V V26 V V V

    4 5 10

    - - = +- + =

    -- = + + - = - - =-- -

    = +

    Gii h phng trnh ta c: VA = 15(V), VC =5(V), VD = 7,5(V) Thay vo cc phng trnh I ta c: I1 = 2(A); I2 = 2,5(A); I3 = 0,75(A); I4 = 0,25(A); I5 = 0,5(A); I6 = 2,75(A).

    in tr tng ng ca mch AB l: ABABU 15

    R 5, 4545I 2,75

    = = W .

    Bi tp 5. Cho mt mch t nh hnh v: C1 = C2 = 6F; C3 = 2F; C4 = C5 = 4F; U = 20V. Tm in tch tng t in v in dung ca mch.

    Gii Gi s in tch cc bn t in c du nh hnh. Chn in th nt B bng 0 (VB = 0). Ta c ngay: VA VB = U = 20V hay VA = 20V. Ti nt C: q1 = q2 + q5 Ti nt D: q4 = q3 + q5 (1) in tch ca cc t in c tnh:

    q1 = C1(VA VC) = 120.10-6 6.10-6VC

    q2 = C2(VC VB) = 6.10-6VC

    q3 = C3(VA VD) = 40.10-6 2.10-6VD (2)

    q4 = C4(VD VB) = 4.10-6VD

    q5 = C5(VC VD) = 4.10-6VC 4.10

    -6VD Thay (2) vo (1) v rt gn ta c: 4VC VD = 30 4VC 10VD = - 40

    Gii h phng trnh ta thu c: VC = 859

    V; VD = 709

    V.

    Thay cc in th tnh c vo (2) ta c: q1 = 5

    5710

    9- C; q2 = 5

    5110

    9- C; q3 = 5

    2210

    9- C; q4 = 5

    2810

    9- C; q5 = 5

    210

    3- C.

    in dung ca mch: C = qU

    = 13q q

    U+ =

    79180

    F.