Trong đoạn mạch song song, các dụng cụ được mắc vào cùng hai điểm nối chung, do đó mỗi dụng cụ chịu cùng một hiệu điện thế nhưng dòng điện lại chia ra các nhánh.
Với đoạn mạch chỉ gồm hai điện trở song song, ta có thể tính nhanh điện trở tương đương bằng công thức tích chia tổng.
Suy nghĩ một chút
Hai bóng đèn 6 Ω và 3 Ω mắc song song vào nguồn. Bóng nào sáng hơn? (Khác gì so với khi mắc nối tiếp?)
Vì hiệu điện thế như nhau nên theo định luật Ôm: I₁/I₂ = R₂/R₁. Dòng điện qua nhánh nào lớn hơn nếu nhánh đó có điện trở nhỏ hơn.
Đề bài
Hai điện trở R₁ = 6 Ω và R₂ = 3 Ω mắc song song vào hiệu điện thế 6 V. Tính điện trở tương đương, dòng điện mạch chính và dòng điện mỗi nhánh.
Lời giải
R_tđ = (R₁·R₂)/(R₁+R₂) = (6×3)/(6+3) = 18/9 = 2 Ω. I₁ = U/R₁ = 6/6 = 1 A. I₂ = U/R₂ = 6/3 = 2 A. Dòng mạch chính I = I₁ + I₂ = 3 A. Kiểm tra: U/R_tđ = 6/2 = 3 A. Đúng.
Thí nghiệm tương tác — hãy làm theo từng bước
- 1Quan sát vôn kế: hiệu điện thế trên hai nhánh có bằng nhau không? (Phải bằng nhau và bằng U nguồn.)
- 2So sánh dòng điện hai nhánh: nhánh có điện trở nhỏ hơn (3 Ω) thì dòng lớn hơn (2 A).
- 3Thử ngắt một nhánh. Nhánh còn lại vẫn sáng bình thường → các nhánh hoạt động độc lập.
- 4Rút ra: song song thì U bằng nhau, I chia theo tỉ lệ nghịch với R, và R_tđ nhỏ hơn điện trở nhỏ nhất.
Mô phỏng: Đoạn mạch song song
- Dòng điện nhánh
- Hiệu điện thế chung
- Điện trở tương đương
- 2 Ω
- Dòng mạch chính I
- 3 A
- I₁ (nhánh 1)
- 1 A
- I₂ (nhánh 2)
- 2 A
- Kiểm tra I₁ + I₂
- 3 A
1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂. Hiệu điện thế hai nhánh bằng nhau. Ngắt một nhánh, nhánh còn lại vẫn sáng bình thường — đặc trưng của mạch song song.
Trong gia đình, các thiết bị điện được mắc song song vì hai lí do: (1) chúng hoạt động độc lập — tắt thiết bị này không ảnh hưởng thiết bị khác; (2) tất cả đều dùng đúng hiệu điện thế 220 V của lưới điện.
Mạch nối tiếp
- I bằng nhau tại mọi điểm
- U chia theo tỉ lệ R: U₁/U₂ = R₁/R₂
- R_tđ = R₁ + R₂ (lớn hơn mọi R)
- Hỏng một chỗ → mất điện cả mạch
Mạch song song
- U bằng nhau trên mọi nhánh
- I chia theo tỉ lệ 1/R: I₁/I₂ = R₂/R₁
- 1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂ (nhỏ hơn mọi R)
- Hỏng một nhánh → nhánh khác vẫn chạy
Mạch song song quanh em
Gần như toàn bộ hệ thống điện trong nhà và các thiết bị hiện đại đều dùng mạch song song — hiểu vì sao sẽ giúp em thấy được tư duy thiết kế đằng sau.
Các ổ điện trong nhà mắc song song
Mọi ổ điện trong nhà đều nối song song với lưới 220 V, nên thiết bị nào cũng nhận đúng 220 V. Tắt hay rút một thiết bị không làm thiết bị khác ngừng chạy — đó là ưu điểm lớn nhất của mắc song song so với nối tiếp.
Lý thuyết của bài: Song song: U bằng nhau trên mọi nhánh, các nhánh độc lập.
Đèn trong nhà: bật tắt mỗi phòng riêng biệt
Vì các đèn mắc song song, bật/tắt hay cháy bóng ở phòng này không ảnh hưởng phòng khác. Nếu mắc nối tiếp thì tắt một bóng là cả nhà tối, và hiệu điện thế 220 V lại chia nhỏ nên đèn sáng yếu.
Lý thuyết của bài: Song song đảm bảo mỗi nhánh dùng đủ điện áp và hoạt động độc lập.
Tổng dòng điện trong nhà tăng khi cắm thêm nhiều thiết bị
Mỗi thiết bị là một nhánh song song có điện trở riêng. Cắm thêm thiết bị nghĩa là thêm nhánh, làm điện trở tương đương giảm xuống, nên dòng điện tổng (mạch chính) tăng theo I = U/R_tđ. Vì vậy aptomat trong nhà có giới hạn dòng để tránh quá tải.
Lý thuyết của bài: Song song: thêm nhánh làm R_tđ giảm và I tổng tăng.
Dây điện bị nóng khi cắm quá nhiều thiết bị vào một ổ
Cắm nhiều thiết bị vào cùng một ổ (nhánh) làm dòng điện qua dây dẫn tới ổ đó tăng vọt. Dây có điện trở nên toả nhiệt Q = I²Rt, dây nóng lên, có thể cháy vỏ cách điện. Đây là lí do không nên cắm quá nhiều thiết bị công suất lớn vào một ổ.
Lý thuyết của bài: Dòng mạch chính tăng khi nhiều nhánh song song cùng hoạt động.
Cầu dao/aptomat tổng của cả nhà
Aptomat tổng nằm ở mạch chính, nơi dòng điện bằng tổng dòng của tất cả nhánh song song. Khi tổng dòng vượt ngưỡng an toàn, aptomat ngắt toàn bộ hệ thống để tránh cháy nổ — nhờ hiểu quy tắc I = I₁ + I₂ + …
Lý thuyết của bài: Mạch chính: I = I₁ + I₂ + … bằng tổng dòng các nhánh song song.
Vì sao 1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂ trong mạch song song?
Trực giác:Mắc song song giống như mở thêm một làn đường cho xe chạy: càng nhiều làn (nhánh), dòng xe càng dễ lưu thông, nên "độ cản" tổng càng nhỏ. Vì vậy điện trở tương đương song song luôn nhỏ hơn mỗi nhánh.
- 1Trong mạch song song, hiệu điện thế trên mọi nhánh bằng nhau: U = U₁ = U₂.
- 2Dòng điện mạch chính bằng tổng dòng các nhánh: I = I₁ + I₂.
- 3Áp dụng định luật Ôm cho từng nhánh: I₁ = U/R₁ và I₂ = U/R₂. Suy ra I = U/R₁ + U/R₂ = U·(1/R₁ + 1/R₂).
- 4Theo định nghĩa R_tđ = U/I, ta được I/U = 1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂.
- 5Với hai điện trở, biến đổi ta có dạng hay dùng: R_tđ = R₁·R₂/(R₁ + R₂). Vì cộng hai số nghịch đảo nên R_tđ luôn nhỏ hơn điện trở nhỏ nhất.
Ý nghĩa: Công thức cộng "nghịch đảo" phản ánh việc dòng điện có thêm nhiều đường để đi: mỗi nhánh mới làm mạch dẫn điện tốt hơn, tức điện trở tương đương giảm. Đây là cơ sở để mắc song song các thiết bị trong gia đình.