Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
§1-1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch
§1-2. Các thông số trạng thái và các quá trình năng
lượng trong nhánh
§1-3. Các thông số đặc trưng cơ bản của mạch
§1-4. Các luật cơ bản của mạch điện-Các luật Kirhof
§1-5. Phân loại bài toán mạch

§ 1-1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch
1. Định nghĩa mạch điện
2. Kết cấu hình học của mạch
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

§ 1-1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch
1. Định nghĩa mạch điện
2. Kết cấu hình học của mạch
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

1. Định nghĩa mạch điện
Mạch là một mô hình diễn tả sự phân bố khoanh vùng của các quá
trình năng lượng (và tín hiệu) điện từ trong một thiết bị điện, nó được ghép
bởi một số hữu hạn các vật dẫn trong đó các quá trình chuyển hoá, tích luỹ,
truyền đạt, năng lượng (và tín hiệu) điện từ được đặc trưng bởi các điện áp
u(t) và dòng điện i(t) phân bố theo thời gian t.
Từ đó ta định nghĩa mạch điện theo quan điểm năng lượng:
Mô hình mạch và mô hình trường khác nhau ở chỗ: ở mô hình mạch
các thông số chỉ phân bố theo thời gian, còn ở mô hình trường các thông số
phân bố trong không gian theo thời gian, song giữa chúng có quan hệ
khăng khít với nhau thông qua biểu thức: và
∫

+ Nút:
Là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên (trên hình 1.1 là các nút A và B). Số
nút thường ký hiệu bằng chữ n.
+ Mạch vòng:
Là lối đi khép kín qua các nhánh trên hình 1.1 là: các vòng a,b,c,d . . .).
A
B
a
b
c
d
2
1
3
4
Hình 1.1
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

+ Cây: là một phần của mạch gồm các nhánh (gọi là cành) nối đủ các nút
theo một kết cấu hở không có vòng nào Số lượng cành trong cây là n-1 (trên
hình 12a,b,c thể hiện là các nét liền) .
Hình1.2a,b,c
a/
b/ c/
2. Kết cấu hình học của mạch
+ Bù cây: phần mạch còn lại bù với cây để tạo thành mạch hoàn chỉnh gọi
là bù cây. Số lượng bù cây là m –n+1 (trên hình 12a,b,c thể hiện là các nét
đứt) .
.
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

- ϕ
b
> 0 thì uba

= ϕ
b
- ϕ
a
< 0. Thông thường, chiều dương
của điện áp được chọn trùng với chiều dương của dòng điện.
a b
u(t)
i(t)
p(t)
Hình 1.3
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

1. Công suất p(t)
Hay còn gọi là công suất tiếp nhận p(t) được định nghĩa bằng tích các
giá trị tức thời của điện áp và dòng điện:p(t) = u(t)i(t). Công suất điện từ
cũng có thể dương hoặc âm tuỳ thuộc vào việc qui ước chiều và giá trị
của điện áp và dòng điện trong nhánh:
a b
u(t)
i(t)
p(t)
Hình 1.3
Nếu nhánh nào có u và i cùng chiều nhau thì khi p > 0 ta nói rằng
nhánh ấy thu năng lượng, khi p < 0 ta nói nhánh đó phát năng lượng. Và
ngược lại.


§ 1-3. Các thông số đặc trưng cơ bản của mạch
1. Những hiện tượng năng lượng cơ bản xảy ra trong mạch
2. Các thông số đặc trưng cho hiện tượng nguồn
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
3. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán-điện trở R
4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng
lượng từ trường - Điện cảm L
5. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng
lượng điện trường - Điện dung C
6. Sơ đồ mạch điện.

1. Những hiện tượng năng lượng cơ bản
xảy ra trong mạch
Các quá trình năng lượng xẩy ra trong mạch điện có thể phân thành hai loại
chính:
+ Hiện tượng chuyển hoá: là quá trình chuyển năng lượng từ dạng này
đến dạng khác nó phân làm hai loại:
- Hiện tượng tạo nguồn: hay còn gọi là hiện tượng nguồn là quá trình biến
các nguồn năng lượng khác nhau như: nhiệt năng, hoá năng, cơ năng, v.v
thành điện năng. :
- Hiện tượng tiêu tán: là quá trình chuyển năng lượng điện thành các dạng
năng lượng khác nhau như: nhiệt năng, hoá năng, cơ năng, v.v
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

1. Những hiện tượng năng lượng cơ bản
xảy ra trong mạch
+ Hiện tượng tích luỹ: là quá trình cất giữ năng lượng điện từ vào không
gian xung quanh thiết bị điện mà không tiêu tán. Khi trường điện từ tăng lên thì
năng lượng điện từ được tích luỹ thêm vào không gian. Khi trường điện từ giảm

a
b
j(t)
b/
Hình 1.4b
Chú ý:
- Từ các định nghĩa trên ta dễ dàng thấy rằng nguồn áp có tổng trở trong
bằng không còn nguồn dòng có tổng trở trong bằng vô cùng.
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

2. Các thông số đặc trưng cho hiện
tượng nguồn.
- V m t toán h c quan h gi a ngu n áp v ngu n dòng nói chung ề ặ ọ ệ ữ ồ à ồ
không ph i l quan h dóng ôi 1-1. ả à ệ đ
- Trong thực tế, tuỳ theo trường hợp cụ thể mà dùng khái niệm nguồn
áp hay nguồn dòng cho phù hợp. Trong đa số các trường hợp ta dùng khái
niệm nguồn áp, song trong một số trường hợp như nguồn nạp ắc qui, nguồn
của các bể mạ, bể điện phân… thường sử dụng khái niệm nguồn dòng.
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

3. Thông số đặc trưng cho hiện tượng
tiêu tán - điện trở R.
Hiện tượng tiêu tán trong nhánh được đặc trưng bởi thông số gọi là
điện trở của nhánh, ký hiệu là R (hình 1.5) R đặc trưng riêng cho quá trình
tiêu tán của nhánh. Trên phần tử đó công suất tiếp nhận trong mọi trường
hợp đều không âm, nghĩa là điện áp và dòng điện qua R luôn cùng chiều
nhau.
Chúng liên hệ với nhau qua biểu thức
của định luật Ôm: u
R

i ==
+ Về mặt vật lý: Từ công thức 1.1 nói lên độ lớn bé của áp trên nhánh
thuần trở dưới tác dụng của nguồn dòng kích thích. Từ (1.2) nói lên độ lớn
của dòng điện qua nhánh dưới tác dụng của nguồn áp trên nhánh điện dẫn g.
+ Về mặt năng lượng: ta có p = u i = Ri
2
= gu
2
nói lên mức độ tiêu
tán công suất dưới tác động của dòng điện i.
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích
phóng năng lượng từ trường - Điện cảm L
Trong kỹ thuật ta còn dùng thông số nghịch đảo của điện trở, gọi là
điện Khi có dòng điện chảy qua cuộn dây, trong lòng cuộn dây và ở vùng
lân cận cuộn dây tồn tại một từ trường, từ trường này xuyên qua cuộn dây
với một thông lượng nào đó gọi là từ thông Ψ và không gian xung quanh
cuộn dây tích luỹ một năng lượng từ trường WM. Dòng điện càng lớn, số
vòng dây càng nhiều thì từ thông và năng lượng từ trường càng lớn (hình
1.6).
a b
Hình 1.6
p(t)
L
i(t)
u(t)
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích

idi
d
L
∂
ψ∂
=
ψ
=
Về mặt năng lượng, điện cảm L cũng nói lên khả năng tích luỹ năng lượng
từ trường vào không gian quanh cuộn dây.
Thật vậy: từ biểu thức
dt
di
Lii
dt
di
.Li.up
L
===
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích
phóng năng lượng từ trường - Điện cảm L
a b
Hình 1.6
p(t)
L
i(t)
u
L

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích
phóng năng lượng điện trường-Điện dung C
Khi đặt một điện áp u vào hai bản cực của tụ điện trên các bản cực tụ sẽ
được nạp những điện tích ±q và trong không gian giữa hai bản cực sẽ có
một điện trường với cường độ E và do

đó tích luỹ năng lượng điện trường
W
E
(hình 1.7).
a b
Hình 1.7
p(t)
C
i(t)
u
C
(t)
Theo định lý dòng chuyển dịch Mắc Xoen, dòng điện chạy qua tụ bằng:
)6.1(
dt
dq
i =
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

4. Thông số đặc trưng cho hiện tượng tích
phóng năng lượng điện trường-Điện dung C
Vì q là hàm của điện áp u nên:

C
==
C là một thông số nói lên phản ứng nạp điện dưới tác dụng của điện áp
kích thích
Về ý nghĩa năng lượng điện dung C nói lên khả năng tích luỹ năng
lượng điện trường vào không gian giữa 2 bản cực của tụ điện.
Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN