Thế nào là dòng điện
|
Mến chào các bạn, trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau thảo luận về các vấn đề liên quan đến dòng điện nhé. Thông qua bài viết chúng ta có thể biết được những thứ thú vị về dòng điện là gì ? Nguồn gốc của dòng điện ? Cách thức dòng điện hoạt động cũng như các vấn đề khác mà có thể các bạn chưa từng biết hay muốn tìm hiểu. Còn bây giờ thì, chúng ta bắt đầu nào. Show
Chắc hẳn trong chúng ta ai cũng được nghe qua ít nhiều về điện hay dòng điện là gì. Có thể là trong các sách báo, các loại sách giáo khoa, các loại máy phát điện,…Tuy nhiên vẫn có một số bạn chưa biết nhiều về hiện tượng vật lý này nên đó là lý do mình viết bài viết này để có thể cùng nhau thảo luận và chia sẻ. Nhất là các bạn học sinh đang theo học tại các trường có bộ môn vật lý, phần nào đó sẽ giúp ích hơn cho việc học tập và các mục đích khác. Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn ! Danh mục
Dòng điện là gì ?Định nghĩa dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Trong một mạch điện, dòng điện được tạo ra từ sự di chuyển của các hạt electron dọc theo chiều dài dây dẫn. Bên cạnh đó thì các hạt mang điện cũng có thể là ion hay chất điện ly nữa đấy. Vì chúng cũng là dòng electron di chuyển và có hướng theo dây dẫn mà đi qua các thiết bị tiêu thụ điện để phục vụ nhu cầu của con người. Dòng điện thường được các nhà khoa học quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Khi đó trong mạch điện có dây dẫn kim loại, electron là các hạt mang điện, dòng electron có độ lớn bằng với độ lớn của dòng điện và có chiều ngược với chiều của dòng điện trong mạch.  Nguồn gốc của dòng điện:Có thể ngày nay chúng ta dùng khá nhiều các thiết bị liên quan đến điện hay năng lượng điện. Tuy nhiên không phải ai cũng có thể biết được nguồn gốc của dòng điện đâu nhé. Chắc hẳn chúng ta không tìm hiểu nhiều thì sẽ nghĩ rằng đã có một nhà khoa học nào đó đã tạo ra được dòng điện theo một cách nào đó. Tuy nhiên không phải như vậy, thực tế thì dòng điện chúng có nguồn gốc từ rất lâu vào lúc con người chưa xuất hiện. Chúng được hình hình dưới dạng các tia sét do các đám mây tích điện trái dấu phóng xuống mặt đất. Và dĩ nhiên tất cả những gì chúng ta có được ngày nay chỉ là việc phát kiến cũng như tạo ra các cách thức khác nhau về cách sử dụng dòng điện mà thôi. Mãi đến cuối thế kỷ 19 cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp năng lượng, trong đó có cả ngành công nghiệp điện. Và từ đây dòng điện bắt đầu được khai thác và ứng dụng sâu vào trong đời sống và sản xuất của chúng ta đến tận bây giờ. Chính vì dòng điện có khá nhiều tính linh hoạt nên cho phép con người có thể áp dụng chúng trong hầu hết các lĩnh vực đời sống từ ẩm thực, giao thông, kinh tế, xây dựng, giáo dục,…Và hơn thế nữa ngành công nghiệp năng lượng hiện nay dường như là ngành xương sống cho một thế giới hiện đại. Cường độ dòng điện là gì ?Nhắc tới dòng điện chúng ta sẽ có thêm khái niệm cường độ dòng điện. Cường độ của dòng điện khi chạy qua một bề mặt sẽ được định nghĩa là lượng điện tích đi qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong quá trình học môn Vật Lý từ trung học ta đã biết cường độ dòng điện có ký hiệu là chữ I, và chúng ta có công thức tính là: Chúng ta cũng có công thức về cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian. Nó được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian mà chúng ta đang xét. Cụ thể là: Trong đó:
Quy ước hạt mang điện:Trong các loại vật liệu dẫn thì các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện được gọi là các hạt mang điện. Trong vật liệu dẫn dạng kim loại các hạt nhân mang điện tích dương sẽ không thể di chuyển, tuy nhiên các hạt mang điện tích âm như electron thì có thể di chuyển một cách tự do. Trong các vật liệu dẫn khác như các chất bán dẫn thì hạt mang điện có thể tích điện dương hay âm phụ thuộc vào chất pha, hạt mang điện âm và dương có thể cùng lúc xuất hiện trong vật liệu, ví dụ như trong dung dịch điện ly ở các pin điện hóa. Dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương, chính vì thế trong mạch điện với dây dẫn kim loại thì các electron tích điện âm dịch chuyển ngược chiều với chiều của dòng điện trong dây dẫn. Dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều:Điện có thể di chuyển xung quanh một dây dẫn theo hai cách khác nhau. Bạn có thể thấy các electron chạy vòng quanh như một chiếc xe đua trên đường đua, luôn đi cùng một hướng. Loại điện này được gọi là dòng điện một chiều (DC) và hầu hết các đồ chơi và thiết bị nhỏ đều có mạch hoạt động theo cách này…trong các thiết bị công nghiệp thì dòng điện một chiều được dùng khá nhiều trong các loại thiết bị chuyển đổi tín hiệu, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức,… Các thiết bị lớn hơn trong nhà bạn sử dụng một loại điện khác gọi là dòng điện xoay chiều (AC). Thay vì luôn luôn di chuyển theo cùng một cách, các electron liên tục đảo ngược hướng đi khoảng 50 đến 60 lần mỗi giây. Mặc dù bạn có thể nghĩ rằng điều đó khiến năng lượng không thể được mang theo trong một mạch, nhưng không! Lấy bóng đèn pin trong mạch trên. Với dòng điện một chiều DC, các electron mới tiếp tục truyền qua dây tóc (một đoạn dây mỏng bên trong bóng đèn), làm cho nó nóng lên và phát ra ánh sáng. Định luật Ohm:Nhắc tới định luật này thì có lẽ không mấy xa lạ với chúng ta rồi đúng không nào. Hầu hết các thiết bị điện hay các ứng dụng liên quan đến dòng điện hiện nay đều dùng đến định luật Ohm. Thậm chí trong giáo dục ở các bộ môn Vật Lý cũng có đề cập đến định luật này. Nó được mô tả 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 biểu thức: Trong đó:
Dòng điện trong các môi trường:Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về các kiến thức của dòng điện trong từng môi trường cụ thể. Các môi trường bao gồm kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không và chất bán dẫn. Cụ thể như thế nào thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu tiếp nhé. Dòng điện trong kim loại:Từ lâu chúng ta đã biết thì kim loại được xem như một vật liệu dẫn điện được dùng rất phổ biến trong việc dẫn điện. Chúng ta có thể thấy chúng trong hầu hết các loại dây điện hiện nay như bạc, đồng, vàng, chì,…Và bản chất thì dòng điện chạy trong vật liệu kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường. Hiện tượng nhiệt điện:Nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm. Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau bằng một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau. Điều này khiến trong mạch có một suất điện động ξ. ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện, và chúng có hệ thức như sau: Trong đó:
Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ. Ứng dụng này chúng ta có thể thường thấy nhất trong các loại cảm biến nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ,… Điện trở của dây dẫn kim loại:Điện trở là một yếu tố cản trở dòng điện trong kim loại. Bên cạnh định luật ôm thì chúng còn được thể hiện thông qua công thức: Trong đó:
Bên cạnh đó thì điện trở suất của kim loại còn được thể hiện thông qua công thức: Trong đó:
Dòng điện trong chất điện phân:Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. Các ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation, ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion. Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
Theo định luật Faraday thứ nhất: Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó, và chúng được xác định thông qua: Trong đó: k được gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực. Bên cạnh đó thì cũng có định luật Faraday thứ 2: Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố sẽ tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Với F = 96494 C/mol, ta có công thức như sau: Dòng điện trong chất khí:Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá:Ngọn lửa ga (nhiệt độ rất cao), tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khíQuá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa môt ả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào. Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm. Ứng dụng của dòng điện:Ngày nay dòng điện có thể được xem là một nguồn năng lượng sạch cho nhân loại. Nếu các dạng năng lượng nhiệt, hạt nhân,… gây ô nhiễm môi trường chúng dường như không gây ảnh hưởng lớn. Ở một số quốc gia phát triển họ còn ưu tiên dùng các loại phương tiện đi lại hay máy móc sử dụng điện. Hơn hết mạng điện cũng góp phần rất lớn trong việc đánh giá một quốc gia đó có phát triển hay là không nữa đấy nhé. Thông thường chúng ta sẽ có hai loại máy móc liên quan đến dòng điện đó là thiết bị tạo ra điện và thiết bị sử dụng điện. Thiết bị tạo ra điện sẽ là các động cơ, các tua pin, các loại máy móc tạo ra dòng điện. Còn các thiết bị sử dụng điện tức là các loại máy móc phục vụ cho chúng ta hằng ngày thông qua việc sử dụng năng lượng điện. Ưu nhược điểm của dòng điện khi qua cơ thể người:So với việc dòng điện có khả năng sử dụng như một nguồn năng lượng sạch giúp các động cơ hoạt động hay thắp sáng các loại bóng đèn. Bên cạnh đó thì dòng điện còn được biết đến với khả năng truyền dẫn qua cơ thể người. Tuy nhiên chúng sẽ có những ưu và nhược điểm riêng mà chắc hẳn ai cũng phải biết đến. Cụ thể là với một lượng vừa đủ thì chúng có thể giúp ích trong lĩnh vực sức khỏe, ngược lại với lượng lớn sẽ gây nguy hiểm cho cơ thể thậm chí là mất mạng. Nhược điểm:Với từng cường độ dòng điện cụ thể thì mức độ gây ảnh hưởng của chúng cũng khác nhau. Hơn hết chúng còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như sức khỏe, điện trở cơ thể, giới tính, vị trí tiếp xúc với cơ thể,…Theo nguyên cứu thì các dòng điện có hiệu điện thế ổn định sẽ có mức nguy hiểm cao hơn so với các dòng không ổn định. Và để biết được mức độ gây nguy hiểm ứng với từng mức cường độ như thế nào thì các bạn có thể tham khảo bảng thống kê bên dưới nhé. Để đảm bảo an toàn chúng ta nên cẩn thận trong quá trình sử dụng điện, hiểu biết rõ các kiến thức cơ bản về điện. Hơn hết khi sử dụng các loại thiết bị điện nên ưu tiên nối đất các thiết bị để tránh trường hợp rò rỉ điện gây nguy hiểm. Ưu điểm:Bên cạnh đó thì với một cường độ dòng điện vừa đủ sẽ có tác dụng tốt đối với sức khỏe của chúng ta. Chúng có vai trò không nhỏ trong lĩnh vực y tế và khám chữa bệnh. Cụ thể thì chúng có thể được dùng cho các mục đích như sau:
Trên đây là các thông tin và kiến thức liên quan đến dòng điện mà mình thu thập được cũng như các kinh nghiệm hằng ngày. Hy vọng chúng sẽ ích nhiều giúp ích cho các bạn đang muốn tìm hiểu để phục vụ cho việc học hay công việc. Vì là kiến thức cá nhân nên sẽ không tranh khỏi sai sót, rất mong các bạn có thể đóng góp bên dưới để bài viết được tốt hơn. |
