[LacTuyetHy]

Câu 3: Ba bóng đèn có điện trở giống nhau r = 24Ω, trong đó có 2 chiếc cùng loại, chúng được mắc thành bộ rồi mắc vào 2 điểm AB có hiệu điện thể không đổi Uab= -18V. Cả 3 đèn đều sáng bình thường.

A) Vẽ sơ đồ mạch điện rồi tính các giá trị định mức của các bóng đèn biết rằng tổng công suất toàn mạch không vượt quá 13, 5W

B) Khi Uab tăng lên đến 20V để các bóng đèn sáng bình thường người ta phải ra thêm một biến trở có giá trị toàn phần là 8Ω. Hỏi con chạy của biến trở phải đặt ở vị trí nào để các đen vẫn sang bình thường. Trong quá trình điều chính phải dịch chuyển con chạy như thế nào để cho các đèn khỏi bị cháy.

Đáp án​

Câu a:

A) Sơ đồ mạch và các giá trị định mức

Vì có 2 bóng "cùng loại" nên khi sáng bình thường chúng phải có cùng hiệu điện thế định mức. Muốn vậy, trong mạch chúng phải được mắc song song với nhau. Bóng còn lại có thể khác loại, nên ta cho nó mắc nối tiếp với bộ hai bóng song song đó.

Sơ đồ mạch (mô tả bằng lời) :

Giữa A và B:

A –> bóng đèn D3 –> nút C –> từ C tách ra hai nhánh song song: Đèn D1 và đèn D2 –> rồi nhập lại về B.

Trong đó: D1, D2 là hai bóng cùng loại, D3 là bóng còn lại.

Tính toán:

Điện trở mỗi bóng r = 24Ω.

Hai bóng D1 và D2 song song:

R12 = (r. R) / (r+r) = (24.24) / (24+24) = 576/48 = 12Ω.

Toàn mạch: Rm = R12 + r = 12 + 24 = 36Ω.

Nguồn UAB = 18V.

Cường độ dòng điện toàn mạch:

I = U/Rm = 18/36 = 0, 5A.

Dòng qua bóng D3 là I3 = 0, 5A (mắc nối tiếp).

Hiệu điện thế trên D3:

U3 = I3. R = 0, 5.24 = 12V.

Hiệu điện thế còn lại trên bộ song song D1, D2:

U12 = uab − u3 = 18 − 12 = 6v.

Mà D1 song song D2 nên: U1 = U2 = 6V.

Dòng qua mỗi bóng D1, D2:

I1 = U1/r = 6/24 = 0, 25A.

(Tổng dòng qua nhánh song song là 0, 5A, đúng bằng I toàn mạch)

Công suất định mức từng bóng:

Hai bóng cùng loại (D1, D2) :

Uđm = 6V, r = 24Ω

P1 = U1² / r = 6² / 24 = 36/24 = 1, 5W.

Mỗi bóng: 1, 5W, có 2 bóng: 3W.

Bóng còn lại (D3) :

Uđm = 12V, r = 24Ω

P3 = U3² / r = 12² / 24 = 144/24 = 6W.

Tổng công suất toàn mạch:

P = p1 + p2 + p3 = 1, 5 + 1, 5 + 6 = 9w.

9W < 13, 5W nên điều kiện đề bài "tổng công suất không vượt quá 13, 5W" được thỏa mãn.

Kết luận câu A:

Sơ đồ: 2 bóng cùng loại mắc song song, rồi bộ này mắc nối tiếp với bóng thứ ba.

Định mức:

– Hai bóng cùng loại: Uđm = 6V, Pđm = 1, 5W, r = 24Ω.

– Bóng còn lại: Uđm = 12V, Pđm = 6W, r = 24Ω.

Câu b:

Thêm biến trở 8Ω khi UAB = 20V

Khi các bóng sáng bình thường, ta phải giữ đúng các giá trị định mức vừa tìm:

– Hai bóng song song: Mỗi bóng 6V.

– Bóng nối tiếp: 12V.

Tổng điện áp trên bộ đèn vẫn là 18V, dòng mạch vẫn là 0, 5A (như lúc UAB = 18V).

Bây giờ nguồn tăng lên U'AB = 20V.

Để các đèn vẫn nhận 18V, phần còn lại 2V phải rơi trên biến trở Rb.

Ta mắc biến trở nối tiếp với cả bộ đèn.

Điều kiện làm việc bình thường:

Dòng mạch I vẫn phải bằng 0, 5A.

Điện trở cần dùng của biến trở:

Rb = URb / I = 2 / 0, 5 = 4Ω.

Biến trở có giá trị toàn phần 8Ω, nên con chạy phải đặt sao cho phần tham gia mạch có giá trị 4Ω, tức là ở vị trí giữa (lấy nửa chiều dài dây điện trở).

Kết luận câu B:

– Biến trở được mắc nối tiếp với bộ ba bóng đèn.

– Con chạy đặt tại vị trí sao cho điện trở tham gia mạch là 4Ω (một nửa giá trị toàn phần 8Ω).

Về cách dịch chuyển con chạy để đèn không cháy:

Khi hiệu điện thế giữa A và B tăng dần từ 18V lên 20V, muốn đèn không bị quá áp thì phải làm giảm dòng qua mạch, nghĩa là phải tăng điện trở nối tiếp. Vì vậy:

– Lúc UAB còn 18V: Có thể để Rb ≈ 0Ω (hoặc rất nhỏ).

– Khi UAB tăng dần, ta phải từ từ dịch chuyển con chạy theo chiều tăng điện trở của biến trở, sao cho điện áp trên bộ đèn không vượt quá 18V và cường độ dòng điện không vượt quá 0, 5A.

– Khi UAB đạt 20V: Dừng lại ở vị trí Rb = 4Ω là vừa đủ, lúc đó các đèn vẫn sáng đúng định mức và không bị cháy.