Trong bài viết này chúng ta tìm hiểu về bản chất dòn điện, chiều dòng điện, tác dụng của dòng điện, dòng điện, điện áp một chiều và các định luật cơ bản: định luật ôm, định luật trong mạch nối tiếp, mạch song song. Ý nghĩa của điện năng và công suất.
1. Cấu trúc nguyên tử
Để hiểu về bản chất dòng điện ta biết rằng ( kiến thức PTTH ) tất cả các nguyên tố đều được cấu tạo lên từ các nguyên tử và mỗi nguyên tử của một chất được cấu tạo bởi hai phần là
– Một hạt nhân ở giữa các hạt mang điện tích dương gọi là Proton và các hạt trung hoà điện gọi là Neutron.
– Các Electron (điện tử ) mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân .
– Bình thường các nguyên tử có trạng thái trung hoà về điện nghĩa là số Proton hạt nhân bằng số electron ở bên ngoài nhưng khi có tác nhân bên ngoài như áp xuất, nhiệt độ, ma sát tĩnh điện, tác động của từ trường .. thì các điện tử electron ở lớp ngoài cùng có thể tách khỏi quỹ đạo để trơqr thành các điện tử tự do.
– Khi một nguyên tử bị mất đi một hay nhiều điện tử, chúng bị thiếu điện tử và trở thành ion dương và ngược lại khi một nguyên tử nhận thêm một hay nhiều điện tử thì chúng trở thành ion âm.
2. Bản chất dòn điện và chiều dòng điện
Khi các điện tử tập trung với mật độ cao chúng tạo lên hiệu ứng tích điện
– Dòng điện chính là dòng chuyển động của các hạt mang điện như điện tử , ion.
– Chiều dòng điện được quy ước đi từ dương sang âm (ngược với chiều chuyển động của các điện tử – đi từ âm sang dương)
3. Tác dụng của dòng điện
Khi có một dòng điện chạy qua dây dẫn điện như thí nghiệm sau :
Ta thấy rằng dòng điện đã tạo ra một từ trường xung quanh để làm lệch hướng của nam châm, khi đổi chiều dòng điện thì từ trường cũng đổi hướng => làm nam châm lệch theo hướng ngược lại.
– Dòng điện chạy qua bóng đèn làm bóng đèn phát sáng và siẩng nhiệt năng
– Dòng điện chạy qua động cơ làm quay động cơ quay sinh ra cơ năng
– Khi ta nạp ác quy các cực của ắc quy bị biến đổi và dòng điện có tác dụng hoá năng..
Như vậy dòng điện có các tác dụng là tác dụng về nhiệt , tác dụng về cơ năng , tác dụng về từ trường và tác dụng về hoá năng.
4. Dòng điện và điện áp một chiều
1. Cường độ dòng điện
Là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện hay đặc trưng cho số lượng các điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian – Ký hiệu là I
– Dòng điện một chiều là dòng chuyển động theo một hướng nhất định từ dương sang âm theo quy ước hay là dòng chuyển động theo một hướng của các điện tử tự do.
Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampe và có các bội số :
· Kilo Ampe = 1000 Ampe
· Mega Ampe = 1000.000 Ampe
· Mili Ampe = 1/1000 Ampe
· Micro Ampe = 1/1000.000 Ampe
2. Điện áp
Khi mật độ các điện tử tập trung không đều tại hai điểm A và B nếu ta nối một dây dẫn từ A sang B sẽ xuất hiện dòng chuyển động của các điện tích từ nơi có mật độ cao sang nơi có mật độ thấp, như vậy người ta gọi hai điểm A và B có chênh lệch về điện áp và áp chênh lệch chính là hiệu điện thế.
– Điện áp tại điểm A gọi là UA
– Điện áp tại điểm B gọi là UB.
– Chênh lệch điện áp giữa hai điểm A và B gọi là hiệu điện thế UAB
UAB = UA – UB
– Đơn vị của điện áp là Vol ký hiệu là U hoặc E, đơn vị điện áp có các bội số là
· Kilo Vol ( KV) = 1000 Vol
· Mini Vol (mV) = 1/1000 Vol
· Micro Vol = 1/1000.000 Vol
Điện áp có thể ví như độ cao của một bình nước, nếu hai bình nước có độ cao khác nhau thì khi nối một ống dẫn sẽ có dòng nước chảy qua từ bình cao sang bình thấp hơn, khi hai bình nước có độ cao bằng nhau thì không có dòng nước chảy qua ống dẫn. Dòng điện cũng như vậy nếu hai điểm có điện áp chên lệch sẽ sinh ra dòng điện chạy qua dây dẫn nối với hai điểm đó từ điện áp cao sang điện áp thấp và nếu hai điểm có điện áp bằng nhau thì dòng điện trong dây dẫn sẽ = 0
5. Các định luật cơ bản
1. Định luật ôm
Định luật ôm là định luật quan trọng mà ta cần phải nghi nhớ
Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp ở hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó .
Công thức : I = U / R trong đó
I là cường độ dòng điện , tính bằng Ampe (A)
U là điện áp ở hai đầu đoạn mạch , tính bằng Vol (V)
R là điện trở của đoạn mạch , tính bằng ôm
2. Định luật ôm cho đoạn mạch
Đoạn mạch mắc nối tiếp:
Trong một đoạn mạch có nhiều điện trở mắc nối tiếp thì điện áp ở hai đầu đoạn mạch bằng tổng sụt áp trên các điện trở .
· Như sơ đồ trên thì U = U1 + U2 + U3
· Theo định luật ôm ta lại có U1 =I1 x R1 , U2 = I2 x R2,
U3 = I3 x R3 nhưng đoạn mạch mắc nối tiếp thì I1 = I2 = I3
· Sụt áp trên các điện trở => tỷ lệ thuận với các điện trở .
Đoạn mạch mắc song song
Trong đoạn mạch có nhiều điện trở mắc song song thì cường độ dòng điện chính bằng tổng các dòng điện đi qua các điện trở và sụt áp trên các điện trở là như nhau:
· Mạch trên có U1 = U2 = U3 = E
· I = I1 + I2 + I3 và U1 = I1 x R1 = I2 x R2 = I3 x R3
· Cường độ dòng điện tỷ lệ nghịch với điện trở .
6. Điện năng và công xuất
* Điện năng.
Khi dòng điện chạy qua các thiết bị như bóng đèn => làm bóng đèn sáng, chạy qua động cơ => làm động cơ quay như vậy dòng điện đã sinh ra công. Công của dòng điện gọi là điện năng, ký hiệu là W, trong thực tế ta thường dùng Wh, KWh ( Kilo wat giờ)
Công thức tính điện năng là :
W = U x I x t
· Trong đó W là điện năng tính bằng June (J)
· U là điện áp tính bằng Vol (V)
· I là dòng điện tính bằng Ampe (A)
· t là thời gian tính bằng giây (s)
* Công xuất.
Công xuất của dòng điện là điện năng tiêu thụ trong một giây , công xuất được tính bởi công thức
P = W / t = (U. I .t ) / t = U .I
Theo định luật ôm ta có P = U.I = U2 / R = R.I2