Dòng điện là gì? Tìm hiểu kiến thức cần biết về dòng điện

Các bạn thân mến! Điện năng đã quá quen thuộc với chúng ta nhưng dòng điện là gì? Những kiến thức về tác dụng, phân loại dòng điện thì ít người biết đến. Vì thế mà Thủy Khí Điện quyết định có 1 bài tổng hợp về điện. Các bạn đón đọc nhé.

Tìm hiểu dòng điện

Tìm hiểu về dòng điện chính là biết về khái niệm và nguồn gốc của nó khi xuất hiện.

Dòng điện là gì?

Dòng điện chính là dòng các hạt điện tích hay còn gọi là electron chạy qua dây dẫn và các thành phần. Hoặc bạn cũng có thể hiểu là sự chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện tích.

Dòng điện là tốc độ của dòng điện tích. Nếu như dòng điện chạy qua các vật dẫn thì ta có thể nói: Có dòng điện trong vật dẫn.

Đối với các mạch sử dụng dây kim loại, những electron này sẽ tạo thành dòng điện tích.

Nguồn gốc của dòng điện

Nguồn gốc dòng điện vẫn là 1 câu hỏi với nhiều người. Mặc dù ta sử dụng điện, năng lượng điện hàng ngày nhưng hầu như rất ít người quan tâm đến.

Không phải do 1 nhà khoa học tạo nên. Nó có nguồn gốc lâu đời, có nhiều nghiên cứu cho rằng nó xuất hiện trước đó rất lâu đời. Chúng tồn tại dưới dạng những tia sét do các đám mây tích điện trái dấu và phóng xuống mặt đất.

Dòng điện của chúng ta ngày nay chính là những phát kiến khác nhau được phát triển từ đó.

Khi công nghiệp năng lượng phát triển thì cuối thế kỷ 19 ngành điện mới thật sự bùng nổ. Con người bắt đầu khai thác và ứng dụng dòng điện vào đa lĩnh vực, từ đời sống cho đến sản xuất.

Có đặc tính linh hoạt nên khả năng ứng dụng nó rất phong phú, không dừng lại ở 2 lĩnh vực trên thì nó còn tham gia: khám chữa bệnh, giao thông, giáo dục…

Ở 1 số nước, công nghiệp năng lượng – điện trở thành 1 ngành sản xuất mũi nhọn và đóng góp cho kinh tế rất lớn.

Công thức và đơn vị của dòng điện

Hướng của dòng electron và hướng của dòng điện sẽ ngược với nhau. Vì thế mà 1 điện tích Q khi chạy qua tiết diện của 1 dây dẫn trong thời gian xác định là t, thì cường độ dòng điện sẽ được tính theo công thức:

I = Q / t

Đơn vị điện tích theo công thức này là coulomb. Phép đo dòng điện bằng đơn vị Coulomb / giây sẽ là ampe.

Trong vật lý những năm cấp 2, chúng ta thường làm thí nghiệm với 1 mạch điện đơn giản gồm: 1 đèn, 1 công tắc, dây dẫn và pin. Dòng điện chạy từ cực âm đến cực dương của pin.

Pin sẽ cung cấp dòng điện để có thể làm sáng bóng đèn. Công tắc sẽ tạo nên sự liên kết dẫn điện giữa pin và bóng đèn. Khi bật, dòng điện đến bóng đèn và đèn phát sáng. Khi tắt thì dòng điện sẽ bị ngắt, đèn tắt. Nếu đứt mạch thì sẽ không có dòng điện chạy qua nữa và bóng đèn bị tắt.

Điện tích là gì?

Khi có 1 lượng nhỏ điện tích được đặt trong 1 điện trường do điện tích khác tác dụng thì nó sẽ tác dụng 1 lực.

Trong chất khí bị ion hóa, điện phân thì ion tích điện dương, ion tích điện âm thì đều chuyển động và tạo nên dòng điện.

Các n electron khi đi qua tiết diện của dây dẫn trong thời gian t xác định thì tổng điện tích chuyển qua dây dẫn sẽ được tính theo công thức:

Q = n x e

Nếu 1 bóng đèn dây tóc có cường độ 0,75 A trong thời gian 10 phút với I = 0,75 A, t = 10 phút = 600 s.

Thì từ công thức trên, ta có thể áp dụng và tính toán: Q = I x t = 0,75 x 600 = 450.

Điện lượng Q = 450C.

Để hình thành dòng điện trong dây kim loại cần có các electron. Dòng điện chính là dòng điện tích dịch chuyển mà điện tích thì nó tạo nên electron.

Cường độ dòng điện là gì?

Cường độ dòng điện chính là điện tích đi qua 1 tiết diện của vật dẫn trong 1 giây đồng hồ. Cường độ sẽ biểu diễn sự chuyển động của điện tích. Hay ta nói cách khách là cường độ dòng điện biểu thị cho độ mạnh hay yếu của dòng điện.

Dòng điện đi trong dây dẫn sẽ có các hạt mang điện là electron điện tích âm. Chúng sẽ là đại lượng điện tích đi qua 1 điểm bất kỳ của 1 dây trong 1 đơn vị thời gian xác định.

Dòng điện tích dương có cùng hiệu ứng trong mạch, như 1 dòng chuyển động bằng nhau của các electron theo hướng ngược lại.

Muốn tính cường độ dòng điện thì người ta sẽ áp dụng công thức:

I = Q / t

Trong đó thì Q là đại diện cho diện tích, biểu thị bằng C (Coulombs), I là cường độ dòng điện, biểu thị bằng A (Ampe) và T là thời gian.

Dòng điện có cường độ là 1 ampe khi nó tải 1 colomb đi qua 1 tiết diện dây dẫn trong 1 giây.

Với định nghĩa này, chúng ta có thể nói rằng một dòng điện có cường độ 1 amp khi tải 1 colomb đi qua một tiết diện của dây dẫn trong 1 giây.

Tốc độ dòng điện

Bình thường thì dòng điện sẽ theo 1 hướng nhưng các điện tích đơn lẻ ở bên trong không chuyển động theo dòng. Trong dòng điện kim loại, electron sẽ chuyển động zic zac và có nguyên tử này va đập với nguyên tủ kia. Chúng sẽ dịch chuyển theo chiều ngược lại của điện trường.

Tốc độ của dòng điện có thể được tính toán bằng công thức sau:

I = n.A.v.q

Trong công thức có các đơn vị sau:

+ I cường độ dòng điện.

+ n là số hạt tích điện trong một đơn vị thể tích.

+ A là diện tích mặt cắt của dây dẫn điện.

+ v là tốc độ di chuyển vĩ mô của các hạt tích điện.

+ q là điện tích của một hạt tích điện.

Tốc độ dòng điện không nhất thiết phải là tốc độ truyền thông tin.

Vì tốc độ truyền thông tin trong dây (loại dây đồng) nhanh gần bằng với tốc độ truyền ánh sáng.

Các electron truyền tương tác với nhau thông qua hạt photon. Các hạt chuyển động với vận tốc ánh sáng. Sự di chuyển chậm chạp nhưng tuyền thông tin rất nhanh chóng.

Các định luật dòng điện

Định luật Ohm

Định luật Ohm là 1 định luật nói về sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của điện trở và hiệu điện thế.

Khi cường độ dòng điện khi chạy qua dây dẫn sẽ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu dây. Cường độ dòng điện sẽ tỉ lệ nghịch điện trở của dây dẫn. Công thức tính toán như sau:

I = U / R

Trong đó:

+ R là điện trở (ôm)

+ I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A)

+ U là điện áp trên vật dẫn (V)

R sẽ là 1 hằng số, điện trở R sẽ không phụ thuộc vào cường độ dòng điện.

Định luật Ohm vi phân

Định luật sẽ dùng để xem xét trạng thái của dòng điện tại yếu tố vi phân của dòng.

j = E/P = σ.E

Trong đó:

+ j là mật độ. j = d.I/d.S đơn vị A/mm2

+ E là cường độ điện trường, đơn vị V.m-1

+ 1 σ chính là độ dẫn điện Ω-1.m-1

Định luật Watt

Đây là 1 định luật cho biết sự tương quan giữa dòng điện và điện thế.

Và công thức của nó là:

P = I.U = I2.R = U2/R

Các loại dòng điện thường gặp

Ở nước ta, điện được phân chia thành 2 loại đó là điện xoay chiều, điện một chiều. Cụ thể như sau:

Dòng điện xoay chiều

Dòng điện tích mà chuyển động theo chiều ngược lại tuần hoàn thì người ta gọi là điện xoay chiều. Nó còn có tên gọi khác là AC.

Đặc điểm của nó là:

+ Dòng điện bắt đầu từ 0 và tăng đến cực đại, giảm đến 0. Sau đó nó sẽ đổi chiều và đạt cực đại ở chiều ngược lại. Cuối cùng là nó trở về giá trị ban đầu và lặp lại chu kỳ liên tiếp vô hạn.

+ Đổi chiều theo chu kỳ.

+ Dạng sóng của nó không quan trọng nhưng phải đảm bảo là dạng sóng lặp lại. Nó có thể là sóng hình sin, hình vuông, răng cưa, tam giác.

+ Dạng sóng hình sin là điển hình nhất trong các mạch điện xoay chiều.

+ Các máy phát điện xoay chiều thì tạo ra được dòng điện xoay chiều vì nó được thiết kế.

Nguồn điện này thường được sử dụng trong công nghiệp và dân dụng.

Dòng điện một chiều

Dòng điện tích sẽ đi theo 1 hướng thì được gọi là dòng điện một chiều hay còn gọi là DC.

Điện 1 chiều thì sẽ tạo ra bằng pin, pin nhiên liệu, pin mặt trời, máy phát điện hay cặp nhiệt điện… Từ dòng điện xoay chiều thì qua 1 bộ chỉnh lưu thì sẽ thành dòng điện 1 chiều.

Do đặc điểm của nó nên nó sẽ dùng cho các ứng dụng áp thấp, các mạch điện tử.

Dòng điện trong các môi trường

Kim loại

Kim loại là vật liệu dẫn điện khá phổ biến. Chúng ta có thể kể đến như: Đồng, sắt, bạc, vàng, chì… Dòng điện chạy trong vật liệu kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều trong điện trường.

Khi quan tâm đến điện trong kim loại thì cần chú ý đến:

+ Hiện tượng nhiệt điện

Sợi dây kim loại phân thành 1 đầu nóng, 1 đầu lạnh thì chuyển động electron sẽ làm 1 đầu electron tự do từ đầu nóng sang đầu lạnh. Đầu nóng tích diện dương, đầu lạnh sẽ tích điện âm. Và giữa 2 đầu này tồn tại 1 hiệu điện thế.

+ Điện trở

Đây là yếu tố cản trở dòng điện trong kim loại. Người dùng có thể áp dụng công thức:

Chất điện phân

Dòng điện này sẽ gồm dòng ion dương, ion âm. Chúng chuyển động có hướng nhất định và theo 2 chiều ngược nhau.

Khi ion dương chạy về phía catot thì gọi là cation. Khi ion âm chạy về phía anot thì gọi là anion.

Điểm đặc biệt đó là dòng điện không chỉ tại điện lượng mà còn tải cả các vật chất đi theo. Đến điện cực thì lượng vật chất đọng lại ở điện cực, electron đi tiếp nên người ta gọi là hiện tượng điện phân.

Chúng tỉ lệ nghịch với điện tích ion, tỉ lệ thuận với khối lượng ion và tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân.

Khi quan tâm đến dòng điện trong môi trường điện phân thì khách hàng nên chú ý đến định luật Faraday thứ nhất, Faraday thứ 2.

Chất khí

Đối với dòng điện trong chất khí thì chúng ta có:

Sự ion hóa chất khí

Tác nhân ion hóa như: Ngọn lửa ga, tỉa tử ngoại trong đèn thủy ngân. Nhờ vào năng lượng cao nên ion hóa chất khí, phân tách phân tử khí trung hòa thành electron tự do, ion dương.

Electron tự do kết hợp với các phân tử khí trung hòa thành ion âm. Và nó là các hạt tích điện, tải điện trong chất khí.

Quá trình dẫn điện không tự lực

Nó còn có tên gọi khác là quá trình dẫn điện của chất khí. Quá trình này hình thành khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa 2 bản cực. Đồng nghĩa với việc ngưng đưa hạt tải điện vào thì quá trình cũng biến mất.

Quá trình này tuân theo định luật Ôm vì có sự thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực, ghi lại dòng điện I đi qua chất khí.

Chân không

Chân không là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí. Tại đó, không còn tồn tại gì nên nó không chứa các hạt tải điện nên không dẫn điện.

Chất bán dẫn

Dòng điện trong chất bán dẫn chính là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường. Trong khi đó, dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

Dòng điện có những tác dụng nào?

Hiện nay, theo ThuyKhiDien có 5 tác dụng sau:

Tác dụng hóa học

Trong dung dịch điện phân thì dòng điện đi qua dung dịch sẽ phân ly, làm các ion dương, âm tách nhau và di chuyển về hai điện cực.

Dựa trên tính chất này mà con người phát triển công nghiệp mạ điện cho ngành cơ khí chế tạo.

Tác dụng sinh học

Khi đi qua cơ thể con vật, người thì dòng điện có tác dụng sinh lý. Đối với dòng nhỏ có thể gây tê, đối với dòng lớn có thể làm ngừng tim.

Tác dụng từ

Ta cho 1 dòng điện chạy qua dây dẫn, điện sẽ tạo nên từ trường và gây ra lực tác động lên nam châm ở vị trí gần nó.

Tác dụng nhiệt

Khi có dòng điện chạy qua thì vật sẽ nóng lên. Vật sẽ nóng lên đến 1 mức nhất định thì hoạt động.

Tác dụng phát sáng

Có thể làm bóng đèn LED phát sáng, đèn bút thử điện đỏ mà không cần đến tác dụng nhiệt.

Cách đo dòng điện

Mạch điện, điện tử, dòng điện là thông số thiết yếu mà con người cần được đo.

Dụng cụ đó thì sẽ dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện. Lưu ý, khi muốn đo thì cần phải mắc nối tiếp với đoạn mạch có cường độ dòng điện cần phải đo.

Người dùng có thể chọn các phương pháp đo khác như:

+ Đo bằng điện kế. Thông qua điện kế, người ta có thể biết chiều và độ lớn.

+ Đo bằng kẹp.

+ Điện trở Shunt.

+ Bộ cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall.

+ Cảm biến trường điện trở Magneto.

+ Máy biến dòng CT.

+ Có thể đo được thông qua phát hiện từ trường liên kết với dòng điện nhưng không làm ngắt mạch.

Ưu và nhược điểm của dòng điện khi đi qua cơ thể người

Tương tự như với bất kỳ vật hay năng lượng nào thì dòng điện cũng có những ưu và nhược điểm riêng.

Ưu điểm

Cường độ dòng điện vừa đủ sẽ có rất nhiều tác dụng đối với sức khỏe. Đặc biệt trong lĩnh vực y tế thì nó có vài trò quan trọng:

+ Giảm tính đáp ứng thần kinh cảm giác, giảm đau.

+ Giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động.

+ Tăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng cơ thể khi có dòng điện đi qua.

+ Gây giãn mạch máu ở những phần cơ thể đặt giữa 2 điện cực.

Nhược điểm

Mỗi một cường độ dòng điện thì đều có ảnh hưởng nhất định. Nó phụ thuộc nhiều vào yếu tố: Vị trí tiếp xúc cơ thể, giới tính…

Những dòng có hiệu điện thế ổn định thì sẽ gây nhiều nguy hiểm hơn so với dòng không ổn định.

Vì thế mà TKĐ luôn khuyên khách hàng của mình là đọc và hiểu biết về an toàn điện. Nên ưu tiên nối đất với các thiết bị điện để tránh sự cố khi có rò rỉ.

5/5 (1 bình chọn)