Dòng điện đã có từ rất lâu đời, nó giúp ích rất nhiều cho con người trong lao động và sản xuất. Vậy bạn đã hiểu hết về điện, dòng điện là gì? các đặc điểm, tính chất của dòng điện trong các môi trường khác nhau có gì khác biệt? các công thức tính toán cường độ dòng điện,…. Bài viết dưới đây chúng tôi sẽ nhắc nhớ và tổng kết lại các kiến thức về dòng điện cho các bạn nhé!
Dòng điện là gì?
Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện. Trong mạch điện, dòng điện được tạo ra khi có sự di chuyển của các electron trong dây dẫn.
Trong điện tử học, dòng điện là dòng dịch chuyển của các electron trong dây dẫn kim loại, trong điện trở, hay là dòng chuyển động của các ion trong pin hoặc dòng chảy của các hố điện tử trong vật liệu bán dẫn.
Nguồn điện là gì?
Nguồn điện là các thiết bị điện có khả năng cung cấp dòng điện trong khoảng thời gian dài cho thiết bị sử dụng điện hoạt động. Mỗi nguồn điện sẽ có 2 cực là cực dương (+) và cực âm (-)
VD: Pin, Máy phát điện, Acquy, Ổ lấy điện, …
Cường độ dòng điện là gì?
Khái niệm:
- Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng bởi độ mạnh yếu của dòng điện.
- Cường độ dòng điện là đơn vị quy ước số lượng điện tích đi qua vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
- Ký hiệu Cường độ dòng điện là I, đơn vị là A(ampe)
Công thức tính cường độ dòng điện:
Công thức tính cường độ dòng điện trung bình:
Trong đó:
- Itb là cường độ dòng điện trung bình (A).
- ΔQ là lượng điện tích chạy qua bề mặt đo trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (coulomb).
- Δt là khoảng thời gian đo, đơn vị là s (giây).
Định luật Ohm về cường độ dòng điện
Nói đến dòng điện là nói tới định luật Ohm. Định luật Ohm là sự thay đổi của cường độ dòng điện thông qua hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn và điện trở mà vật có. Chúng ta có công thức:
I = U / R
Trong đó:
- I là cường độ dòng điện qua vật dẫn điện, đơn vị là A (hay Ampe).
- U là hiệu điện thế giữa 2 đầu vật dẫn điện, đơn vị là V (hay Vôn).
- R là điện trở tượng trưng cho khả năng cản trở dòng điện trong vật dẫn, đơn vị là Ω (hay Ohm).
Quy ước chiều dòng điện
Dòng điện trong dây dẫn có thể dị chuyển theo chiều bất kỳ, khi có 1 dòng điện I trong mạch, chiều dòng điện quy ước cần được đánh dấu, thường bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện. Đó gọi là hướng tham chiếu của dòng điện I, nếu dòng điện di chuyển ngược hướng tham chiếu, khi đó I có giá trị âm.
Có 2 loại dòng điện là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều.
Dòng điện một chiều (DC) là gì?
Dòng điện một chiều hay còn gọi là dòng điện trực tiếp thường được viết tắt là 1C, hoặc theo tiếng anh ta có dạng viết tắt là DC. Nghĩa là “Direct Current“.
Dòng điện một chiều là dòng chuyển dời các điện tích theo một hướng nhất định và không thay đổi trong suốt quá trình.
Độ lớn của dòng điện một chiều luôn không đổi và tần số của dòng điện bằng 0. Dòng điện một chiều được sử dụng trong điện thoại di động, xe điện, thiết bị điện tử,vv.
Ngoài ra chúng ta còn có khái niệm điện áp một chiều. Là hiệu điện thế giữa 2 cực dòng điện một chiều, giá trị thường là 5VDC, 12VDC, 24VDC.
Nguồn của dòng điện một chiều gồm nguồn điện, pin điện hóa học và pin quang điện. Pin và các nguồn khác của dòng điện một chiều tạo ra điện áp không đổi. Điều này được gọi là dòng điện một chiều thuần và được biểu thị bằng một đường thẳng, nằm ngang trên biểu đồ điện áp theo thời gian.
Dòng điện xoay chiều (AC) là gì?
Dòng điện xoay chiều là dòng điện thay đổi hướng của nó theo chu kỳ
Ký hiệu dòng điện xoay chiều là AC theo tiếng anh (nghĩa là Alternating Current).
Sự thay đổi của dòng điện trong quá trình truyền có tính chu kì theo dạng hình sin. Độ lớn thay đổi theo thời gian, electron tự do di chuyển theo 2 hướng. Dòng xoay chiều biến đổi từ giá trị cao sang giá trị thấp nhờ có máy biến áp. Vì thế, nó chủ yếu được dùng để truyền tải và phân phối.
Trong khi dòng điện DC chạy theo một hướng thông qua dây dẫn thì điện AC xoay chiều theo hướng chuyển động qua lại. Hướng thay đổi giữa 50 và 60 lần mỗi giây, tùy vào hệ thống điện của mỗi quốc gia.
Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc là được biến đổi từ nguồn điện một chiều.
Điện xoay chiều đặc biệt ở chỗ là điện áp có thể dễ dàng thay đổi, nên nó phù hợp hơn cho việc truyền tải đường dài hơn so với điện một chiều.
Dòng điện có những đặc điểm, tính chất gì?
Trong các môi trường khác nhau, các hạt mang điện sẽ có cấu tạo tương ứng khác nhau tạo nên bản chất khác nhau của dòng điện trong các môi trường.
Dòng điện trong kim loại
Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
Hiện tượng siêu dẫn: Là hiện tượng điện trở suất của vật dẫn điện giảm đột ngột xuống 0 khi khi nhiệt độ của vật dẫn giảm xuống thấp hơn một giá trị Tc nhất định. Giá trị Tc này phụ thuộc vào bản thân vật dẫn
=> Như vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
Dòng điện trong chất điện phân
Trong dung dịch, các muối, axit, bazơ bị phân li thành các ion.
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường theo 2 hướng ngược nhau.
Hiện tượng dương cực tan: là khi gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo ra chất điện phân tan trong dung dịch, cực dương bị mòn đi
=> Như vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương(+) và ion âm(-) chuyển động có hướng theo 2 chiều ngược nhau. Tới điện cực chỉ có e đi tiếp, lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây hiện tượng điện phân.
Dòng điện trong chất khí
Trong điều kiện thường, chất khí không dẫn điện. Nó chỉ dẫn điện khi trong nó có sự ion hóa các phân tử.
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dịch có hướng của các ion dương(+), ion âm(-) và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.
Khi dùng nguồn điện có hiệu điện thế lớn thì xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.
Quá trình phóng điện tự lực là sự duy trì quá trình phóng điện khi không còn tác nhân ion hóa chất khí từ bên ngoài
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực tạo thành dòng điện qua chất khí và giữ được nhiệt độ cao của catod để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
=> Như vậy: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương(+) theo chiều điện trường và các ion âm(-), các electron ngược chiều điện trường. Các hạt mang điện này sinh ra do chất khí bị ion hoá. Đó gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực.
Dòng điện trong chân không
Diot chân không cho dòng điện đi qua chỉ theo một chiều, đó gọi là đặc tính chỉnh lưu.
Dòng electron tăng tốc và đổi hướng nhờ điện trường và từ trường. Nó được ứng dụng trong đèn hình tia catot (CRT).
=> Như vậy: Dòng điện trong môi trường chân không là dòng các electron chuyển động từ cực âm(-) về cực dương(+) dưới tác dụng của lực điện trường. Bản chất dòng điện trong môi trường chân không là Chân không là môi trường không có vật chất, năng lượng.
Dòng điện trong chất bán dẫn
Một vài chất ở phân nhóm chính nhóm 4 như Si, Ge trong điều kiện khác nhau có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện, gọi là chất bán dẫn
Bán dẫn dẫn điện hằng 2 loại hạt tải là lỗ trống và electron
Ở chất bán dẫn tinh khiết, lượng electron bằng lượng lỗ trống. Ở chất bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron. Ở chất bán dẫn loại n, mật độ electron lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.
Lớp tiếp xúc n – p cho phép dòng điện đi theo một chiều từ p sang n, đó gọi là đặc tính chỉnh lưu được dùng để chế tạo diot bán dẫn. Bán dẫn còn ứng dụng để chế tạo transistor có đặc tính khuếch đại dòng điện.
=> Như vậy: Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
Tác dụng của dòng điện
Có 4 tính chất chính của dòng điện đó là:
- Tác dụng nhiệt (làm nóng) của dòng điện
Khi dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ làm tăng nhiệt độ của dây dẫn được gọi là hiệu ứng làm nóng của dòng điện.
Một số thiết bị hoạt động dựa trên hiệu ứng làm nóng của dòng điện như bàn là, bóng đèn, máy nước nóng,…
- Tác dụng làm phát sáng của dòng điện
Dòng điện chạy qua bóng đèn làm dây tóc nóng lên đạt nhiệt độ cao→ làm bóng đèn phát sáng
- Tác dụng từ của dòng điện
Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn, đó gọi là hiệu ứng từ của dòng điện.
Một số thiết bị hoạt động trên hoạt động của dòng điện hiệu ứng từ như động cơ điện, nam châm điện,…
- Tác dụng hóa học của dòng điện
Trong thí nghiệm với dung dịch muối đồng sunfat, hiện tượng đồng bị tách khỏi dung dịch muối đồng khi có dòng điện đi qua chứng minh dòng điện có tác dụng hóa học.
Tác động của dòng điện đến cơ thể con người
Tác động tích cực
- Điện làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động
- Giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đau
- Gây giãn mạch ở phần cơ thể giữa 2 điện cực
- Tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua.
- Dòng điện với cường độ phù hợp được ứng dụng dụng nhiều trong y học như châm điện, châm cứu. Trong trường hợp bệnh nhân tim ngừng đập, sử dụng liệu pháp sốc điện có thể kích thích nhịp tim đập trở lại để duy trì sự sống.
Tác động tiêu cực
- 1 mA gây đau nhói.
- 5 mA gây giật nhẹ.
- 50mA đến 150 mA có thể gây chết người, bằng những tác động như rhabdomyolysis (phân hủy cơ) hoặc làm suy thận cấp (do chất độc của cơ bị phân hủy đi vào máu).
- 1mA đến 4A gây loạn nhịp tim và đông máu..
- 10A gây ngừng tim (cầu chì trong gia đình thường tự ngắt ở 10A).
Chia sẻ 3 cách kiểm tra rò rỉ điện nhà
Cách 1: Bút thử điện
Bút thử điện là thiết bị lý tưởng để kiểm tra nhanh thiết bị có bị rò điện hay không. Chỉ cần để đầu bút thử cách dòng điện từ 1-2 cm mà không cần tiếp xúc với dòng điện. Nếu có điện thiết bị sẽ phát ra đèn nhấp nháy nên rất an toàn.
Cách 2: Kiểm tra rò điện bằng đồng hồ vạn năng
Rất nhiều loại đồng hồ đo điện vạn năng có thể đo điện rò. Với thao tác dễ dàng và tiện lợi nhất, trước khi bắt đầu đo dòng điện rò rỉ, hãy đảm bảo rằng bạn đã nắm rõ kỹ thuật đo, thông số, ý nghĩa trên vạn năng kế.
- Đầu tiên, kết nối đồng hồ vạn năng với đầu dò, để ở chế độ dòng điện và chọn thang đo phù hợp.
- Nếu không chắc chắn về phạm vi, tốt nhất nên chọn dải đo cao nhất sau đó di chuyển dần xuống đến khi thấy phù hợp. Nó sẽ ngăn đồng khỏi tình trạng quá tải.
- Đưa đầu dò đến một điểm trên mạch rồi đọc kết quả hiển thị trên màn hình.
Cách 3: Dùng ampe kìm
Dùng ampe kìm để đo dòng điện rò đòi hỏi bạn phải có được sự hiểu biết nhất định. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy đo được dòng điện rò ở mức điện năng thấp.
Dòng điện, cường độ dòng điện là gì chúng ta đã được học trong chương trình vật lý lớp 7 và vật lý lớp 11, bài viết trên đây chúng tôi đã cung cấp thêm rất nhiều kiến thức liên quan thú vị và bổ ích. Chúng tôi tin rằng, với kiến thức trên đây, các bạn đã hiểu rõ về đặc điểm, tính chất, quy luật của dòng điện và không còn lúng túng khi ứng dụng vào giải các bài tập liên quan tới phần kiến thức này cũng như có những phương pháp sử dụng điện an toàn. Bên cạnh đó, các bạn có thể tìm hiểu thêm một số kiến thức liên quan như tần số dòng điện là gì, biến dòng điện là gì để mở rộng phạm vi kiến thức nhé.
