Bài giảng Điện học (Phần 20)

Benjamin Crowell

Chip máy tính Intel 486 trên bản mạch của nó

Chương 4
MẠCH ĐIỆN, PHẦN 2

Trong chương 3, chúng ta đã tự giới hạn chỉ khảo sát những mạch điện tương đối đơn giản, về cơ bản không gì hơn ngoài ngoài một chiếc pin và một cái bóng đèn.  Mục tiêu của chương này là giới thiệu với bạn những mạch điện phức tạp hơn, gồm nhiều điện trở hay nguồn điện thế mắc nối tiếp, song song, hoặc cả hai.

Tại sao chúng ta cần phải biết những thứ này ? Xét cho cùng, nếu bạn có dự định trở thành một kĩ sư điện, có thể bạn không cần học vật lí từ cuốn sách này. Tuy nhiên, hãy xem xét mỗi khi bạn cắm một cái bóng đèn hay một cái radio, bạn đã thêm một thiết bị điện vào mạng điện gia đình và làm cho nó phức tạp thêm lên. An toàn điện cũng sẽ không thực sự được hiểu biết tốt nếu như không hiểu những mạch điện nhiều thành phần, vì bị  sốc điện thường thì gồm ít nhất hai thành phần: dụng cụ tiêu thụ điện cộng với cơ thể của người bị nạn. Nếu bạn là một sinh viên chuyên  về khoa học sự sống, bạn phải nhận thức được rằng mọi tế bào vốn dĩ đều có tính chất điện, và do đó trong bất cứ cơ thể đa bào nào cũng sẽ có những mạch điện nối tiếp và song song đa dạng.

Cho dù không kể đến những mục tiêu thực tế này, vẫn có một lí do rất cơ bản để đọc chương này: đó là để hiểu chương 3 tốt hơn. Ở quan điểm này, trong chuyện học hành của sinh viên, tôi luôn quan sát họ sử dụng từ ngữ và đủ thứ kiểu giải thích cho thấy họ chưa hoàn toàn thoải mái và lĩnh hội hết các khái niệm điện thế và dòng điện. Họ hỏi “điện thế và dòng điện có phải là cùng loại ý tưởng hay không ?”. Họ nói điện thế “đi qua” một bóng đèn. Một khi họ bắt đầu rèn luyện kĩ năng của mình về những mạch điện phức tạp hơn, tôi luôn thấy lòng tin và sự hiểu biết của họ tăng lên rất nhiều.

4.1 Sơ đồ mạch điện

Tôi xem một ván cờ; Kasparov đấu với Ruy Lopez. Đối với những người không am hiểu, giản đồ trông khó hiểu như những hình vẽ ngoằn ngoèo của người Maya, nhưng bạn có thể xem lướt qua để tìm ý nghĩa của chúng. Sơ đồ mạch là hình vẽ đơn giản hóa và cách điệu hóa của mạch điện. Mục đích là nhằm loại bỏ bớt càng nhiều đặc điểm không có liên quan càng tốt, nên những đặc điểm có liên quan sẽ dễ nắm bắt hơn.

a/ 1. Sai: Hình dạng của các dây dẫn không thích hợp. 2. Sai: Cần phải sử dụng các góc vuông.
3. Sai: Mạch điện đơn giản được vẽ trông xa lạ và phức tạp. 4. Đúng.

Một ví dụ về đặc điểm không có liên quan là hình dạng, chiều dài và đường kính của dây dẫn. Trong hầu như toàn bộ mạch điện, một sự gần đúng rất tốt là giả sử dây dẫn là vật dẫn hoàn hảo, nên bất kì đoạn dây dẫn nào nối liên tục những thành phần khác đều có điện thế không đổi trong suốt đoạn dây dẫn đó. Việc thay đổi chiều dài dây dẫn, chẳng hạn, không làm thay đổi thực tế này. (Tất nhiên, nếu chúng ta sử dụng hàng dặm dài dây dẫn, như trong đường dây điện thoại, thì điện trở sẽ bắt đầu tăng lên và chiều dài của nó sẽ trở thành một vấn đề cần giải quyết) Hình dạng của dây dẫn cũng không có liên quan, nên chúng ta vẽ chúng theo hình dạng đã chuẩn hóa và quy ước hóa là những đường thẳng đứng và nằm ngang vuông góc với nhau. Cách biểu diễn này làm cho những mạch điện tương tự nhau trông giống nhau hơn và giúp chúng ta nhận ra những đặc điểm quen thuộc, giống như chữ in trên trang báo sẽ dễ nhận ra hơn so với chữ viết tay. Hình a biểu diễn một số ví dụ của những quan điểm này.

Bước đầu tiên quan trọng nhất trong việc học cách đọc mạch điện là học cách nhận ra những đoạn dây dẫn liền nhau phải có điện thế không đổi trên cả đoạn đó. Ví dụ, trên hình b, hai mẫu dây dẫn có hình dạng chữ E mỗi mẫu phải có điện thế như nhau. Hình này làm chúng ta tập trung chú ý tới hai biến chính mà chúng ta có thể dự đoán được: đó là điện thế của chữ E bên trái và điện thế của chữ E bên phải.

Còn tiếp...

Phần 19