Hướng dẫn các công thức tính điện trở để làm bài tập vật lý

1. Những khái niệm liên quan đến các công thức tính điện trở

Trước khi nói về các công thức tính điện trở, hãy nói sâu xa hơn về cách vận hành của dòng điện cũng như khái niệm của trở kháng.

1.1. Dòng điện hoạt động thế nào?

Theo kiến thức căn bản thì dòng điện chạy trong vật liệu bao gồm chuyển động của các electron (hạt mang điện hay còn gọi là điện tử) theo một chiều hướng. Trong mỗi vật liệu lại có các điện tử tự do chuyển động ngẫu nhiên theo cấu trúc của nó.

Trong khi những chuyển động này diễn ra ngẫu nhiên thì không xuất hiện dòng điện, do số lượng hạt chuyển động đi ngược chiều bằng nhau. Lúc này, nếu một thế năng tác động lên chúng theo một hướng cụ thể thì dòng điện mới xuất hiện và chạy qua vật liệu.

Xem thêm: Bí quyết học khoa học lớp 5 hiệu quả học sinh tiểu học nên biết

1.2. Định nghĩa của trở kháng

Trở kháng là một lực chống lại sự dòng chảy của electron trong vật liệu dẫn điện, ngược lại với vai trò của dây dẫn điện. Công suất tiêu thụ, hay còn gọi là tốc độ dòng điện trong sự kết nối giữa hai thiết bị đầu cuối là sự tích hợp của hai yếu tố này.

Trong trường hợp đặt hai vật dẫn khác nhau trong cùng một đoạn mạch thì cường độ dòng điện chạy qua mỗi vật có thể khác nhau. Để lý giải cho hiện tượng về điện trong Vật lý này:

- Đầu tiên chính là sự dễ dàng mà các hạt electron (điện tử hay còn gọi là hạt tích điện) có thể luân chuyển trong cấu trúc của vật liệu. Nếu các điện tử có mối liên kết chặt chẽ với mạng tinh thể, sẽ rất khó khăn để kéo chúng tự do, qua đó có thể kéo sự di chuyển của các điện tử theo một chiều hướng cụ thể. 

- Một yếu tố khác tác động đến điện trở của một vật liệu chính là chiều dài của nó. Độ dài của vật càng ngắn thì sức cản trở dòng điện tổng thể càng thấp.

- Thêm một yếu tố nữa liên quan chính là diện tích mặt cắt ngang của vật. Diện tích này càng rộng thì điện trở càng thấp vì có nhiều diện tích mà dòng điện có thể thoải mái di chuyển.

Trong hầu hết các tình huống, dây dẫn được yêu cầu mang dòng điện với điện trở nhỏ nhất có thể, để công suất điện được tối ưu nhất. So sánh giữa các chất liệu, đồng được sử dụng rộng rãi vì dòng điện chạy dễ dàng và mạnh mẽ trong cấu trúc của nó. Tuy nhiên, vật liệu, dây dẫn cũng cần được thiết kế một cách hợp lý để tạo ra sự an toàn, tránh quá tải, cháy nổ. 

Trong một số trường hợp, nếu dòng điện quá lớn, để kiểm soát cần phải tạo các phần tử chống lại dòng điện. Những vật này chính là điện trở và chúng phải được làm từ các vật liệu không dẫn điện.

Xem thêm: Cách sử dụng máy tính Casio Fx 570ms

2. Định nghĩa của điện trở và các công thức tính điện trở

Tiếp theo, chúng tay hãy cùng đi thẳng vào vấn đề mà các bạn đang vướng mắc chính là điện trở, cũng như các công thức tính điện trở để phục vụ cho việc làm bài tập Vật lý.

2.1. Khái niệm về điện trở và định luật Ohm

Điện trở (Resistor), ký hiệu trong vật lý là chữ R, là một linh kiện điện tử có tác dụng ngăn cản cường độ của dòng điện. Để đo lường sự cản trở này, Georg Ohm là nhà vật lý học người Đức đã tạo ra định luật Ohm, và đây là nghiên cứu đã khai sáng cho ngành điện toàn thế giới.

Các bạn học sinh chắc hẳn không còn quá xa lạ với lý thuyết này trên trường phải không? Nội dung của định luật Ohm chính là cường độ dòng điện đi qua 2 đầu của vật dẫn điện luôn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa 2 điểm đó. Với vật dẫn điện có chỉ số điện trở R là một hằng số, có công thức sau: I = V/R. Trong đó, I là cường độ dòng điện có đơn vị là Ampe (A), còn V là hiệu điện thế với đơn vị là Vôn (V), và R có đơn vị là Ohm (Ω). 

Một trong các công thức tính điện trở khác cũng cần lưu ý công thức tính công suất tiêu thụ của điện trở P, đơn vị là Watt (W). Công suất này có giá trị bằng tích của cường độ dòng điện với hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở: P = I × V

Ngoài ra, bằng việc kết hợp hai công thức bên trên, ta hoàn toàn có thể suy ra rằng công suất P còn bằng với bình phương cường độ dòng điện nhân với điện trở, hoặc bằng thương của bình phương hiệu điện thế chia cho điện trở: P = I 2 × R = V 2 / R.

Xem thêm: Các công thức tính thể tích tứ diện

2.2. Các công thức tính điện trở áp dụng vào bài tập

Đối với các mạch điện, tồn tại hai hình thức mắc nối điện trở, đó là song song và nối tiếp, tùy thuộc vào tính chất của mạch. Dù có như thế nào thì cách áp dụng các công thức tính điện trở vẫn rất đơn giản và chỉ làm theo nguyên tắc nhất định là đã có thể dễ dàng làm được bài. Trong đây, các bạn hãy xem những công thức ở ảnh bên dưới để hiểu rõ hơn về tính chất của các mạch nhé.

Trong ảnh, các bạn có thể thấy được mối liên hệ giữa điện thế, và cường độ dòng điện của từng điện trở với nhau, cũng như tác động của chúng đến toàn mạch điện.

Với các công thức tính điện trở này, các bạn nên thực hành luôn vào các bài tập để có thể nắm rõ kiến thức thật nhanh và tốt hơn nhé.

Xem thêm: Các dạng bài tập về vectơ lớp 10

2.3. Mã màu của các điện trở

Khái niệm này có vẻ tương đối mới mẻ với những bạn chỉ mới làm quen với các công thức tính điện trở, cũng như mới học Vật lý ở trình độ Trung học cơ sở hay Trung học phổ thông. Tuy nhiên, nếu bạn yêu thích bộ môn này và muốn thực hành, làm thí nghiệm, thì hiểu biết về vấn đề này là không thể thiếu. Đặc biệt, khi bạn học những ngành kỹ thuật ở trên trường Đại học, tiếp xúc với các công thức tính điện trở và loại điện trở theo màu là chuyện thường nhật.

Những điện trở này thường có hình dạng như nhau, khá nhỏ nhắn. Để phân biệt giá trị của chúng, người ta sẽ vẽ lên đó những dải màu, mỗi màu sẽ tượng trưng cho những giá trị khác nhau của điện trở. Giải thích cho điều này, họ sản xuất hàng triệu điện trở khác nhau với các giá trị có độ lớn khả thi, như vậy thì áp dụng bảng màu sẽ khoa học và dễ kiểm soát hơn. Chắc hẳn nhiều bạn sẽ thắc mắc sao không in số luôn trên điện trở cho dễ đọc, thì điều này không khả thi. Vì điện trở khá nhỏ, đôi khi việc in lên những số quá dài, quá bé còn gây khó khăn trong việc quan sát hơn nhiều.

Những mã màu này được áp dụng theo quy chuẩn quốc tế, vậy nên bạn hãy nên làm quen dần với nó. Biết đâu sau này, bạn trở thành chuyên gia vật lý, được đi ra nước ngoài làm việc, hay làm sinh viên trao đổi du học, thì những kiến thức này không bao giờ thừa thãi đâu!

Dựa vào thông tin về các công thức tính điện trở mà timviec365.vn chia sẻ, hy vọng các bạn sẽ có thể giải quyet bài tập Vật lý trên lớp một cách dễ dàng!