Lương Đức Trường - 19/8/2013 1 Tính điện trở mạch cầu khi biết các giá trị điện trở con Mạch cầu tổng quát I, mạch cầu cân bằng: - Khi đặt một hiệu điện thế U AB khác 0 thì ta nhận thấy I 5 = 0. - Đặc điểm của mạch cầu cân bằng. + Ta có thể vẽ lại mạch gồm: (R 1 // R 3 ) nt (R 2 // R 4 ) hoặc (R 1 nt R 2 ) // (R 3 nt R 4 ) + Về điện trở. 4 2 3 1 4 3 2 1 R R R R R R R R  + Về dòng điện: I 1 = I 2 ; I 3 = I 4 Hoặc 2 4 4 2 1 3 3 1 ; R R I I R R I I  + Về hiệu điện thế : U 1 = U 3 ; U 2 = U 4 Hoặc 4 3 4 3 2 1 2 1 ; R R U U R R U U  Bài 1: Cho mạch điện như HV. Với R 1 =1Ω, R 2 =2Ω, R 3 =3Ω, R 4 = 6Ω, R 5 = 5Ω. U AB =6V. Tính I qua các điện trở? Giải: Ta có : 2 1 4 3 2 1  R R R R => Mạch AB là mạch cầu cân bằng => I 5 = 0. (Bỏ qua R 5 ). Mạch điện tương đương: (R 1 nt R 2 ) // (R 3 nt R 4 ) - Cường độ dòng điện qua các điện trở I 1 = I 2 = A RR U AB 2 21 6 21     ; I 3 = I 4 = A RR U AB 67.0 63 6 43     Bài 2: Cho mạch điện mắc như hình vẽ bên: Chứng minh rằng nếu có: 4 2 3 1 4 3 2 1 R R R R R R R R  Thì khi K đóng hay K mở, điện trở tương đương của bộ tụ đều không thay đổi. Bài 3: Cho 12 điện trở được ghép thành mạch như hình vẽ. Tính điện trở tương đương của cả đoạn mạch. Với R 1 = R 5 = R 9 = R 4 = 1  , R 3 = R 6 = R 10 = R 12 = 2  , R 2 = 3  , R 8 = 4  , R 7 = 6  , R 11 = 2  . R 3 1 R 2 1 R 1 1 R 5 1 R 4 1 R 6 1 R 8 1 R 7 1 R 9 1 R 12 R 11 R 10 1 A B Lương Đức Trường - 19/8/2013 2 Bài 4: Tính điện trở tương đương của mạch: II, Mạch cầu không cân bằng: - Khi đặt một hiệu điện thế U AB khác 0 thì ta nhận thấy I 5 khác 0. (Sau đây là một số cách giải bài toán do mình sưu tầm được.) Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ: Với R 1 =1Ω, R 2 =2Ω, R 3 =3Ω, R 4 = 4Ω, R 5 = 5Ω. Tính điện trở tương đương của mạch điện. Lưu ý: *Cách 1, 2, 3 có sử dụng 2 định luật Kirchhoff như sau: (có thể tìm được tư liệu về định luật này ở nhiều sách nâng cao. Các công thức này có thể tự chứng minh theo ý hiểu cá nhân, nhưng mình sẽ lấy cái tổng quát nhất là dựa vào định luật Kirchhoff) + Nếu dòng điện đi từ M đến N: Tại nút M ta có: I 1 = I 2 + I 5 Tại nút N ta có: I 4 = I 5 + I 3 Tại mắt mạng AMN: U 1 + U 5 = U 3 Tại mắt mạng MNB: U 4 + U 5 = U 2 U 5 = V M - V N + Nếu dòng điện đi từ N đến M: Tại nút M ta có: I 1 = I 2 - I 5 Tại nút N ta có: I 4 = I 3 - I 5 Tại mắt mạng AMN: U 1 - U 5 = U 3 Tại mắt mạng MNB: U 4 - U 5 = U 2 U 5 = V N - V M *Bình thường một số bài toán không cho dấu của 2 cực của nguồn (điều này không ảnh hưởng đến đáp án) ta vẫn phải làm thao tác “giả sử chiều dòng điện như hình vẽ”. Thao tác này vừa để chọn chiều dòng điện qua MN vừa để chọn dấu của 2 cực của nguồn. Các công thức trên mình đều chọn cực dương ở A, cực âm ở B và khi giải bài toán này mình vẫn chọn như thế. (Nếu chọn cực âm ở A, cực dương ở B thì chỉ việc đảo chỗ các công thức ở 2 trường hợp cho nhau) Hình α Hình β Lương Đức Trường - 19/8/2013 3 Giải: Cách 1. đặt ẩn là hiệu điện thế -Phương pháp chung. + Giả sử chiều dòng điện từ M đến N. + Chọn 2 hiệu điện thế bất kì làm 2 ẩn. + Sau đó qui các hiệu điện thế còn lại theo ẩn đã chọn. + Giải bài theo ẩn đó. VD ta chọn 2 ẩn là U 1 và U 3 . Giả sử chiều dòng điện như hình vẽ (hình α) Ta có: I 1 = U 1 R 1 , I 3 = U 3 R 3 , U 1 +U 5 = U 3 => U 5 = U 3 -U 1 => I 5 = U 5 R 5 = U 3 -U 1 R 5 => I 2 = I 1 -I 5 => I 2 = U 1 R 1 - U 3 -U 1 R 5 => U 2 = I 2 .R 2 = ( U 1 R 1 - U 3 -U 1 R 5 ).R 2 I 4 = I 3 +I 5 => I 4 = U 3 R 3 + U 3 -U 1 R 5 => U 4 = I 4 .R 4 = ( U 3 R 3 . + U 3 -U 1 R 5 ).R 4 Lại có: U C =U 1 +U 2 =U 3 +U 4 <=> U 1 .(1+ R 2 R 2 + R 2 R 5 )-U 3 . R 2 R 5 = U 3 .(1+ R 4 R 3 + R 4 R 5 )-U 1 . R 4 R 5 <=> U 1 (1+ R 2 R 2 + R 2 R 5 + R 4 R 5 ) = U 3 .(1+ R 4 R 3 + R 4 R 5 + R 2 R 5 ) <=> U 1 = 1+ R 2 R 2 + R 2 R 5 + R 4 R 5 1+ R 4 R 3 + R 4 R 5 + R 2 R 5 U 3 => U C = U 1 + U 2 = => PHỨC TẠP *VD ta chọn 2 ẩn là U 1 và U 2 . Ta có: I 1 = U 1 R 1 , I 2 = U 2 R 2 => I 5 = I 1 - I 2 => I 5 = U 1 R 1 - U 2 R 2 => U 5 = I 5 .R 5 = ( U 1 R 1 - U 2 R 2 ).R 5 Lại có: U 1 +U 5 = U 3 => U 3 = U 1 +U 5 = U 1 + ( U 1 R 1 - U 2 R 2 ).R 5 => I 3 = U 3 R 3 = 1 3 U 1 + 5 3 U 1 - 5 6 U 2 = 2U 1 - 5 6 U 2 U 5 +U 4 = U 2 => U 4 = U 2 -U 5 = U 2 - ( U 1 R 1 - U 2 R 2 ).R 5 => I 4 = U 4 R 4 = 1 4 U 2 - 5 4 U 1 + 5 8 U 2 = 7 8 U 2 - 5 4 U 1 Mà: I C = I 1 + I 3 = I 2 + I 4 <=> U 1 + 2U 1 - 5 6 U 2 = 1 2 U 2 + 7 8 U 2 - 5 4 U 1 <=> 17 4 U 1 = 53 24 U 2 <=> U 1 = 53 102 U 2  U C = U 1 + U 2 = 155 102 U 2 , I C = I 1 + I 3 = 3U 1 - 5 6 U 2 = 37 51 U 2  R TĐ = U C I C = 155 74 Ω NHẬN XÉT: ĐIỀU NÀY CHO THẤY VIỆC ĐẶT ẨN SAO CHO PHÙ HỢP SẼ GIÚP RÚT NGẮN THỜI GIAN LÀM BÀI. Lương Đức Trường - 19/8/2013 4 Cách 2. Đặt ẩn là dòng -Phương pháp chung. + Giả sử chiều dòng điện từ M đến N. + Chọn 2 dòng bất kì làm ẩn. + Sau đó qui các dòng còn lại theo ẩn đã chọn. + Giải bài theo ẩn đó. VD: ta chọn 2 ẩn là I 1 , I 3 . Giả sử chiều dòng điện như hình vẽ (hình α) Ta có: U 1 = I 1 .R 1 , U 3 = I 3 .R 3 Lại có: U 1 +U 5 =U 3 => U 5 = U 3 - U 1 = I 3 .R 3 - I 1 .R 1 => I 5 = U 5 R 5 = I 3 .R 3 -I 1 .R 1 R 5 = 3I 3 -I 1 5  I 2 = I 1 - I 5 = I 1 - 3I 3 -I 1 5 = 6 5 I 1 - 3 5 I 3 => U 2 = I 2 .R 2 = 12 5 I 1 - 6 5 I 3 I 4 = I 3 + I 5 = I 3 + 3I 3 -I 1 5 = 8 5 I 3 - 1 5 I 1 => U 4 = I 4 .R 4 = 32 5 I 3 - 4 5 I 1 Mà: U C = U 1 + U 2 = U 3 + U 4 <=> I 1 + 12 5 I 1 - 6 5 I 3 = 3I 3 + 32 5 I 3 - 4 5 I 1 <=> 21 5 I 1 = 53 5 I 3 <=> I 1 = 53 21 I 3  I C = I 1 + I 3 = 74 21 I 3 , U C = U 1 + U 2 = I 1 + 12 5 I 1 - 6 5 I 3 = 155 21 I 3  R TĐ = U C I C = 155 74 Ω Cách 3. Đặt ẩn là điện thế tại các nút -Phương pháp chung. + Với cách này tốt nhất là chọn V M , V N , V A làm ẩn, chọn gốc điện thế tạo B => V B = 0. + Giả sử chiều dòng điện từ M đến N. + Tính V M , V N theo V A . Sau đó giải bài toán theo ẩn V A . VD: Chọn V M , V N , V A làm ẩn Chọn gốc điện thế tạo B => V B = 0. => U AB = V A , U 1 = V A - V M , U 3 = V A - V N , U 2 = V M , U 4 = V N , U 5 = V M - V N Lương Đức Trường - 19/8/2013 5 => I 1 = U 1 R 1 = V A -V M , I 3 = U 3 R 3 = V A -V N 3 , I 5 = U 5 R 5 = V M -V N 5 I 2 = U 2 R 2 = V M R 2 = V M 2 , I 4 = U 4 R 4 = V N 4 Ta có: I 1 = I 2 + I 5  V A -V M = V M 2 + V M -V N 5  17 10 V M - 1 5 V N = V A I 4 = I 5 + I 3  V N 4 = V M -V N 5 + V A -V N 3  47 60 V N - 1 5 V M = V A 3 => 47 60 V N - 1 5 V M = 1 3 ( 17 10 V M - 1 5 V N )  17 20 V N = 23 30 V M  V N = 46 51 V M => U AB = V A = 17 10 V M - 1 5 V N = 155 102 V M I C = I 1 + I 3 = V A -V M + V A -V N 3 = 37 51 V M => R TĐ = U C I C = 155 74 Ω *Cách 4*. Dùng phương pháp chuyển mạch: -Phương pháp chung: + Chuyển mạch sao thành mạch tam giác và ngược lại. + Vẽ lại mạch điện tương đương, rồi dùng định luật Ohm, tính điện trở toàn mạch. Để hiểu phương pháp chuyển mạch ta sẽ chứng minh bổ đề, qua bài toán sau: Đề bài: Cho hai sơ đồ mạch điện sau đây gồm 3 điện trở mắc vào 3 điểm A, B, C. (mạch tam giác) (mạch hình sao) (hình vẽ trên bài làm) Với các giá trị thích hợp của các điện trở, có thể thay thế mạch này thành mạch kia. Khi đó hai mạch tương đương nhau. Hãy thiết lập công thức tính điện trở của mạch này theo điện trở của mạch kia khi chúng tương đương nhau. (biến đổi ∆ <=> : định lí kennơli). y x z A B C Lương Đức Trường - 19/8/2013 6 (Khi hai mạch tương đương, chúng không làm thay đổi các cường độ dòng điện và các hiệu điện thế ở ngoài mạch. Để đảm bảo điều này, điện trở tương đương ở hai mạch phải như nhau bất kể xét hiệu điện điện thế được mắc vào 2 điểm nào) a/ Phương pháp chuyển mạch ∆ => . Ta có: R AB =   YX RRR RRR    321 32.1 (1), R BC =   ZY RRR RRR    321 31.2 (2), R AC =   ZX RRR RRR    321 21.3 (3) Cộng 3 phương trình theo vế rồi chia cho 2 ta được. ZYX RRR RRRRRR    321 133221 (4) Trừ (4) cho (1), (2), (3) ta được: Z = 321 32 . RRR RR  (5); X = 321 31 . RRR RR  (6); Y = 321 21 . RRR RR  (7) Tích 2 điện trở kề Ta có biểu thức chuyển đổi sau X, Y, Z = Tổng 3 điện trở b/ Phương pháp chuyển mạch  => ∆ . Từ (5), (6), (7) ta có: X.Y + X.Z + Y.Z = R 1 R 2 R 3 (R 1 +R 2 +R 3 ) (R 1 +R 2 +R 3 ) 2 = R 1 R 2 R 3 (R 1 +R 2 +R 3 ) (8) Thế (5) vào (8) ta có: X.Y + X.Z + Y.Z = R 1 .Z => R 1 = X.Y+X.Z+Y.Z Z Thế (6) vào (8) ta có: X.Y + X.Z + Y.Z = R 2 .X => R 2 = X.Y+X.Z+Y.Z X Thế (7) vào (8) ta có: X.Y + X.Z + Y.Z = R 3 .Y => R 3 = X.Y+X.Z+Y.Z Y Tổng các tích luân phiên Ta có biểu thức chuyển đổi sau R 1 ,R 2 ,R 3 = Điện trở vuông góc Lương Đức Trường - 19/8/2013 7 D C A B R 4 R 2 R 5 R 3 R 1 Áp dụng giải bài toán a, áp dụng chuyển từ mạch tam giác thành mạch sao: - Nhận thấy lúc này từ mạch cầu phức tạp ta chuyển thành mạch điện cơ bản gồm [(R 1 ntX)//(R 3 ntZ)]ntY.(hv) - Áp dụng công thức đã chứng minh để tính x,y,z. - Lúc này bài toán đã trở về dạng tính điện trở tương đương của mạch cơ bản. Ta có: X = R 2 .R 5 R 2 +R 5 +R 4 = 10 11 Ω, Y = R 2 .R 4 R 2 +R 4 +R 5 = 8 11 Ω, Z = R 5 .R 4 R 2 +R 5 +R 4 = 20 11 Ω => R TĐ = (R 1 +X).(R 3 +Z) R 1 +X+R 3 +Z + Y = 155 74 Ω b, áp dụng chuyển từ mạch sao thành mạch tam giác: - Tương tự ta chuyển mạch cầu về mạch cơ bản gồm {(Y// R 3 ) nt (Z // R 4 )}// X (hv). - Áp dụng công thức đã chứng minh để tính X, Y, Z. - Lúc này bài toán đã trở về dạng tính điện trở tương đương của mạch cơ bản. Ta có: X = R 1 .R 2 +R 1 .R 5 +R 2 .R 5 R 5 = 17 5 Ω, Y = R 1 .R 2 +R 1 .R 5 +R 2 .R 5 R 2 = 17 2 Ω, Z = R 1 .R 2 +R 1 .R 5 +R 2 .R 5 R 1 = 17 Ω  R Y3 = Y.R 3 Y+R 3 = 51 23 Ω, R Z4 = Z.R 4 Z+R 4 = 68 21 Ω => R Y3+Z4 = R Y3 + R Z4 = 2635 483 Ω  R TĐ = R Y3+Z4 .X R Y3+Z4 +X = 155 74 Ω Bài 2: Cho mạch cầu như hình vẽ. Tính điện trở tương đương của mạch. Biết R 1 =10  , R 2 = 15  , R 3 = 20  , R 4 =17.5  , R 5 = 25  . Lương Đức Trường - 19/8/2013 8 Bài 3: Cho mạch cầu như hình vẽ. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch trong các trường hợp sau: a)R 1 = R 3 = R 4 = R 6 = 1  ;R 7 = R 8 = 2  ; R 2 = 3,5  ; R 5 = 3  . b) R 1 = R 2 = R 5 = R 7 = R 8 = 1  ; R 3 = R 4 = R 6 = 2  . c) R 1 = 6  ; R 2 = 4  ; R 4 = 3  ; R 5 = 2  ; R 6 = 5  ; R 3 = 10  ; R 7 = 8  , R 8 = 12  Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ: Cho: R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 2  ; R 5 = R 6 = 1  ; R 7 = 4  . Điện trở của vôn kế rất lớn và của ampe kế nhỏ không đáng kể. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch. Bài 5: Cho mạch điện như hình vẽ r = 1  , R 1 = 2  , R 2 = 5  , R 3 = 2,4  , R 4 = 4,5  , R 5 = 3  . Tính điện trở tương đương của mạch. End R 6 R 5 R 8 R 3 R 2 R 1 R 7 R 4 A 2 A 1 R 1 R 7 R 2 R 6 R 5 R 4 R 3 V F D C B A . phương pháp chuyển mạch: -Phương pháp chung: + Chuyển mạch sao thành mạch tam giác và ngược lại. + Vẽ lại mạch điện tương đương, rồi dùng định luật Ohm, tính điện trở toàn mạch. Để hiểu phương. Đức Trường - 19/8/2013 1 Tính điện trở mạch cầu khi biết các giá trị điện trở con Mạch cầu tổng quát I, mạch cầu cân bằng: - Khi đặt một hiệu điện thế U AB khác 0 thì ta. thích hợp của các điện trở, có thể thay thế mạch này thành mạch kia. Khi đó hai mạch tương đương nhau. Hãy thiết lập công thức tính điện trở của mạch này theo điện trở của mạch kia khi chúng