Phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?
\(a)\) Suất điện động của nguồn điện đặc …
\(a)\) Suất điện động của nguồn điện đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện
\(b)\) Suất điện động của nguồn điện được đo bằng thương số giữa công của lực điện trường làm di chuyển điện tích q dương theo chiều điện trường và điện tích q đó
\(c)\) Suất điện động của nguồn luôn có trị số bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện
\(d)\) Suất điện động của nguồn điện là hiệu điện thế lớn nhất mà nguồn đó có thể cung cấp cho mạch ngoài
Chúng ta sẽ xem xét từng phát biểu một:
Phát biểu a): Suất điện động của nguồn điện đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện
Để đánh giá phát biểu này, chúng ta cần nhớ lại định nghĩa của suất điện động. Suất điện động (ký hiệu là \(\mathcal{E}\)) của nguồn điện được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện khi di chuyển một đơn vị điện tích dương.
Công của nguồn điện thực hiện khi di chuyển một điện tích \(q\) trong mạch kín là \(A_{nguồn} = \mathcal{E}q\).
Từ công thức này, ta thấy suất điện động \(\mathcal{E}\) tỉ lệ thuận với công \(A_{nguồn}\) khi điện tích \(q\) là không đổi. Do đó, suất điện động càng lớn thì nguồn điện có khả năng thực hiện công càng nhiều.
Vậy, phát biểu này là đúng.
Phát biểu b): Suất điện động của nguồn điện được đo bằng thương số giữa công của lực điện trường làm di chuyển điện tích q dương theo chiều điện trường và điện tích q đó
Chúng ta hãy quay lại định nghĩa và công thức tính suất điện động.
Theo định nghĩa trong sách giáo khoa, suất điện động \(\mathcal{E}\) của nguồn điện được đo bằng thương số giữa công của lực thực hiện bên trong nguồn điện để di chuyển một điện tích dương \(q\) chạy một vòng kín trong mạch và độ lớn của điện tích \(q\) đó.
Công của lực thực hiện bên trong nguồn điện được gọi là công của nguồn điện, ký hiệu là \(A_{nguồn}\).
Công thức được phát biểu là:
\[ \mathcal{E} = \frac{A_{nguồn}}{q} \]
Tuy nhiên, phát biểu này lại nói về “công của lực điện trường làm di chuyển điện tích q dương theo chiều điện trường”. Lực thực hiện công bên trong nguồn điện không hoàn toàn là lực điện trường thông thường mà còn có sự tham gia của các tác nhân khác (ví dụ: lực hóa học trong pin, lực từ trong máy phát điện).
Và điều quan trọng là, công này là công thực hiện bên trong nguồn điện để duy trì dòng điện trong mạch kín, chứ không phải chỉ công của lực điện trường làm di chuyển điện tích theo chiều điện trường thông thường trong một đoạn dây dẫn.
Do đó, phát biểu này là sai.
Phát biểu c): Suất điện động của nguồn luôn có trị số bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện
Để xem xét phát biểu này, chúng ta cần phân biệt rõ suất điện động và hiệu điện thế.
Suất điện động \(\mathcal{E}\) là đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện.
Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện, ký hiệu là \(U\), là công của lực điện trường thực hiện để di chuyển một đơn vị điện tích dương từ cực dương sang cực âm của nguồn điện khi nguồn điện đang hoạt động và mắc vào mạch ngoài.
Khi nguồn điện mắc vào mạch ngoài có điện trở \(R_{ngoài}\) và bên trong nguồn có điện trở \(r\), hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn được tính bằng công thức:
\[ U = \mathcal{E} – Ir \]
trong đó \(I\) là cường độ dòng điện chạy trong mạch.
Từ công thức này, ta thấy \(U = \mathcal{E}\) chỉ xảy ra khi \(Ir = 0\). Điều này chỉ xảy ra khi:
1. Cường độ dòng điện \(I = 0\). Trường hợp này là khi mạch ngoài hở (nguồn không mắc vào mạch hoặc mạch bị ngắt). Lúc này, \(U = \mathcal{E}\).
2. Điện trở trong của nguồn \(r = 0\). Đây là trường hợp lý tưởng của một nguồn điện.
Trong trường hợp nguồn điện đang hoạt động bình thường (có dòng điện chạy qua), \(I > 0\) và \(r > 0\) (trừ trường hợp nguồn lý tưởng), thì \(Ir > 0\), dẫn đến \(U < \mathcal{E}\). Do đó, phát biểu "Suất điện động của nguồn luôn có trị số bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện" là sai.
Phát biểu d): Suất điện động của nguồn điện là hiệu điện thế lớn nhất mà nguồn đó có thể cung cấp cho mạch ngoài
Chúng ta đã xem xét ở phát biểu c) rằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là \(U = \mathcal{E} – Ir\).
Khi nguồn điện cung cấp cho mạch ngoài, cường độ dòng điện \(I\) thường khác 0.
Hiệu điện thế \(U\) sẽ đạt giá trị lớn nhất khi \(Ir\) nhỏ nhất. Giá trị nhỏ nhất của \(Ir\) là 0, xảy ra khi \(I=0\) (mạch ngoài hở). Khi đó, \(U = \mathcal{E}\).
Như vậy, suất điện động \(\mathcal{E}\) chính là hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn khi mạch ngoài hở, tức là giá trị hiệu điện thế lớn nhất mà nguồn có thể cung cấp cho mạch ngoài.
Do đó, phát biểu này là đúng.
Tóm lại:
– Phát biểu a) là đúng.
– Phát biểu b) là sai.
– Phát biểu c) là sai.
– Phát biểu d) là đúng.
Đáp án: Đ – S – S – Đ
Giải thích các bước giải:
\(a)\)
\(-\) Suất điện động (E): khả năng thực hiện công của nguồn điện để dịch chuyển các điện tích dương trong nguồn từ cực âm sang cực dương.
\(b)\)
\(-\) Suất điện động của nguồn điện được đo bằng thương số giữa công của lực bên trong nguồn điện (không phải lực điện trường) làm di chuyển điện tích q dương từ cực âm sang cực dương và điện tích q đó.
\(c)\)
\(-\) Suất điện động của nguồn chỉ bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch ngoài hở (không có dòng điện chạy qua).
\(d)\)
\(-\) Khi mạch hở thì mạch ngoài không có dòng điện chạy qua, khi đó:
\(U=E-Ir=E-0.r=E\)