Chắc hẳn trong chúng ta ai cũng đã nghe qua về điện và dòng điện. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về hiện tượng vật lý này, đặc biệt là các bạn học sinh ở bộ môn vật lý. Để cung cấp thêm kiến thức cơ bản và giúp các em học sinh trong quá trình học tập, chúng tôi xin chia sẻ với các bạn thông qua bài viết dưới đây!
Dòng điện là gì?
Nguồn gốc và sự phát triển của dòng điện
Từ thời xa xưa, con người đã biết đến dòng điện thông qua các hiện tượng như sấm sét trong khi trời mưa. Nhưng cho đến thế kỷ XVII hay XVIII, các thuyết về dòng điện mới được hình thành và phát triển. Tuy nhiên, các thuyết này chỉ giải thích các hiện tượng tự nhiên của dòng điện mà chưa áp dụng vào các ứng dụng thực tế như hiện nay.
Cho đến cuối thế kỷ XIX, rất nhiều quốc gia đã sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau để tạo ra năng lượng điện, làm cho việc sử dụng điện không còn khó khăn. Ngày nay, điện được tạo thành từ 3 nguồn năng lượng chính:
- Năng lượng mặt trời: Sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra năng lượng điện.
- Năng lượng gió: Sử dụng gió để tạo ra năng lượng điện thông qua các tuabin.
- Năng lượng từ thủy điện: Sử dụng nước chảy để tạo ra năng lượng điện thông qua các con đập.
Trên đây là 3 trong số rất nhiều nguồn năng lượng có thể chuyển hóa thành điện năng để giúp đời sống con người được tốt hơn. Ngày nay, điện được ứng dụng sâu trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội từ công nghiệp, xây dựng, dân dụng, giáo dục, giao thông… Ngành công nghiệp này có thể xem như ngành xương sống cho một thế giới hiện đại.
Đến đây, chúng ta đã biết dòng điện được hình thành từ đâu. Phần tiếp theo, hãy cùng tìm hiểu khái niệm dòng điện một cách hoàn chỉnh.
Khái niệm dòng điện
Dòng điện là sự chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện, thường là các electron, trong một môi trường như kim loại, chất điện phân, chất khí hoặc chất bán dẫn. Dòng điện được đo bằng đơn vị A, còn được gọi là Ampe.
- Ta có thể hiểu dòng điện giống như nước chảy qua một đường ống, trong đó nước đại diện cho điện tích. Càng nhiều điện tích chuyển qua một điểm, dòng điện càng lớn. Dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương trong mạch điện.
- Trên thực tế, dòng điện trong các mạch điện mà chúng ta sử dụng hiện nay cũng là dòng electron di chuyển và có hướng theo dây dẫn, đi qua các thiết bị tiêu thụ điện để phục vụ nhu cầu của con người. Trong mạch điện có dây dẫn kim loại, các electron là các hạt mang điện, dòng electron có độ lớn bằng độ lớn của dòng điện và có chiều ngược với chiều của dòng điện trong mạch.
Tuy nhiên, trong các môi trường khác nhau, các hạt mang điện sẽ có cấu tạo khác nhau, tạo nên bản chất riêng của dòng điện trong từng môi trường.
Dòng điện trong kim loại
- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
- Điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ và được đo bằng đơn vị ρ (ohm).
- Siêu dẫn là hiện tượng điện trở của vật liệu giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn một giá trị nhất định.
=> 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
- Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường theo hai hướng ngược nhau.
- Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và cực dương bị mòn đi, gọi là hiện tượng dương cực tan.
- Các định luật Faraday quy định việc tạo ra các hiện tượng điện phân trong chất điện phân.
=> Như vậy:
Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. Các hạt tải điện này do chất điện phân bị ion hóa sinh ra.
Dòng điện trong chất khí
- Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, ion âm và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.
- Quá trình phóng điện tự lực là quá trình phóng điện trong chất khí mà không cần tác nhân ion hóa từ bên ngoài.
=> 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 tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra.
Dòng điện trong môi trường chân không
- 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.
=> 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. Môi trường chân không tuyệt đối không có vật chất và năng lượng.
Dòng điện trong chất bán dẫn
- Bán dẫn là nhóm các chất có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện tùy thuộc vào điều kiện và cấu trúc của chúng.
- Bán dẫn dẫn điện bằng cách chuyển dời các electron và lỗ trống.
=> 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.
Chiều của dòng điện
Dòng điện trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kỳ chiều nào. Khi có một dòng điện I trong mạch, hướng của dòng điện quy ước được đánh dấu, thường là bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện. Đây gọi là hướng tham chiếu của dòng điện I. Nếu dòng điện di chuyển ngược hướng tham chiếu, thì I có giá trị âm.
Có 2 loại dòng điện đó là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều.
Dòng điện xoay chiều (AC)
- Dòng điện xoay chiều là dòng điện thay đổi hướng theo định kỳ, thông thường theo dạng hình sin. Độ lớn của dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian, các electron tự do di chuyển theo 2 hướng. Dòng xoay chiều có thể chuyển đổi từ giá trị cao sang giá trị thấp nhờ biến áp. Thường được sử dụng trong truyền tải và phân phối điện.
- Trong khi dòng điện một chiều chỉ chạy theo một hướng, điện AC xoay chiều qua lại. Hướng thay đổi giữa 50 và 60 lần mỗi giây, tùy thuộc vào hệ thống điện của mỗi quốc gia.
Dòng điện một chiều (DC)
- Dòng điện một chiều là dòng điện không thay đổi hướng trong quá trình truyền. Được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử như điện thoại di động, xe điện, thiết bị điện tử, vv.
- Được tạo ra từ các nguồn điện, pin điện hóa học và pin quang điện. Điện áp của dòng điện một chiều thường là không đổi.
Công suất điện là gì
Công suất điện là tốc độ tiêu thụ điện năng, hiển thị lượng điện năng tiêu thụ của thiết bị trong một thời gian nhất định. Việc tính toán công suất tiêu thụ điện trong gia đình dựa trên các thông số kỹ thuật ghi trên các thiết bị điện giúp người dùng cân nhắc và quản lý việc sử dụng điện của gia đình.
Công suất điện của một đoạn mạch được tính bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó.
P = U x I
Trong đó:
P: công suất (W)
U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ dòng điện (A)
Đơn vị của công suất có thể là W (watt), kW (kilowatt) hoặc MW (megawatt).
Cường độ dòng điện là gì?
Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh và yếu của dòng điện, số lượng điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian. Cường độ dòng điện được ký hiệu bằng chữ I và đơn vị là A (ampe).
Cường độ dòng điện được tính bằng công thức:
I = Q/t = (q1 + q2 + q3 + … + qn) / t
Trong đó:
I: cường độ dòng điện (A)
Q: điện lượng (C)
t: thời gian (s)
Cường độ dòng điện càng lớn thì dòng điện càng mạnh, và ngược lại. Đơn vị đo cường độ dòng điện có thể là A (ampe) hoặc mA (miliampe). 1 A = 0.001 A.
Có thể nhận thấy rằng cường độ dòng điện là đại lượng quan trọng để đo và điều khiển lưu lượng dòng điện trong các mạch điện và các thiết bị công nghệ hiện đại.
Hiệu điện thế là gì?
Hiệu điện thế, hay còn được gọi là điện áp, là công thức để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ một điểm đến một điểm khác. Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng hoặc sự sử dụng năng lượng hoặc các quá trình lưu trữ năng lượng.
Đơn vị hiệu điện thế là V (volt) và ký hiệu là U. Trong các hệ đo lường quốc tế, chúng ta sử dụng volt để đo hiệu điện thế giữa hai điểm. Hiệu điện thế càng cao thì lực đẩy các hạt điện tích càng mạnh.
Công thức tính cơ bản:
U = I x R
Trong đó:
U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ dòng điện (A)
R: điện trở của vật dẫn điện (Ω)
Công thức khác:
VM = AM∞q
UMN = VM – VN = AMNq
Các tác dụng của dòng điện trong cuộc sống hiện đại
Dòng điện có rất nhiều tác dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Dưới đây là một số tác dụng cụ thể của dòng điện:
Tác dụng nhiệt
Thiết bị điện tử như bếp điện, lò sưởi sử dụng dòng điện để tạo ra nhiệt, làm nóng không khí và đun nước. Chúng giúp chúng ta có thể nấu nướng, làm nóng đồ ăn và tạo ra môi trường ấm cúng trong gia đình.
Tác dụng chiếu sáng
Đèn điện là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của dòng điện. Chúng ta sử dụng đèn để chiếu sáng trong nhà, tạo ra môi trường làm việc và học tập thoáng đãng.
Tác dụng sinh lý
Việc tiếp xúc với dòng điện có thể có tác dụng trị liệu trong một số trường hợp. Các phương pháp như xông điện, xoa bóp điện, và điều trị bằng điện có thể giúp làm giảm đau, tăng cường tuần hoàn máu và cải thiện sức khỏe chung. Tuy nhiên, việc sử dụng dòng điện cho mục đích trị liệu chỉ nên được thực hiện dưới sự giám sát của các chuyên gia y tế.
Tác dụng từ
Nguyên lý từ của dòng điện đã được sử dụng trong việc tạo ra các thiết bị từ như loa, motor, và các thiết bị điện tử khác. Các nam châm trường, loa, và máy phát điện đều tận dụng tác dụng từ của dòng điện để hoạt động.
Tác dụng hóa học
Việc tạo ra các hiện tượng điện phân trong chất điện phân giúp cho các quá trình hóa học được nghiên cứu và ứng dụng trong các phòng thí nghiệm. Mạ điện là một trong những ví dụ điển hình cho việc sử dụng tác dụng hóa học của dòng điện.
Các nguy hại từ dòng điện
Việc tiếp xúc với dòng điện có thể gây nguy hiểm và có thể gây chấn thương hoặc gây tử vong tùy thuộc vào cường độ dòng điện. Dưới đây là một số triệu chứng khi bị điện giật:
- 1 mA: Gây cảm giác đau nhẹ tại chỗ tiếp xúc với dòng điện.
- 5 mA: Gây cảm giác bị giật nhẹ.
- 50 – 150 mA: Có thể gây chết người thông qua các tác động phân hủy cơ và suy thận.
- 1 – 4 A: Gây loạn nhịp tim và rối loạn lưu thông máu.
- 10 A: Có thể gây tử vong trong thời gian ngắn.
Việc tiếp xúc với dòng điện có nguy cơ cao nên cần được thực hiện cẩn thận và tuân thủ các quy tắc an toàn.
Hy vọng bài viết đã mang đến cho bạn những kiến thức mới và hữu ích về dòng điện. Nếu có thêm câu hỏi hoặc ý kiến, hãy chia sẻ với chúng tôi để bài viết càng hoàn thiện hơn!
Nguồn: [vannhapkhau.net](https://vannhapkhau.net)
Cập nhật lúc 16:52 – 10/01/2023