Dòng điện là gì? Nguyên lý hoạt động của dòng điện – Thế giới điện cơ

Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện tạo ra do sự chuyển dịch của các electron dọc theo dây dẫn. Cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về định nghĩa dòng điện cũng như những khái niệm liên quan qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Nguồn gốc của điện hay dòng điện

Từ thời xa xưa hay thời cổ đại, con người đã biết đến dòng điện thông qua các hiện tượng tự nhiên như sấm chớp, các luồng sét khi trời mưa. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ 17 và 18 thì các lý thuyết về điện mới được hình thành và phát triển. Trong thời gian này hầu như các kiến thức chỉ là để giải thích hiện tượng tự nhiên của dòng điện chứ thực ra cũng chẳng một ai có thể áp dụng vào các ứng dụng thực tế như bây giờ.

Mãi đến cuối thế kỷ 19 cùng với sự tăng trưởng của những ngành công nghiệp nguồn năng lượng, trong đó có cả ngành công nghiệp điện. Và từ đây dòng điện mở màn được khai thác và ứng dụng sâu vào trong đời sống và sản xuất của tất cả chúng ta đến tận giờ đây. Chính vì dòng điện có khá nhiều tính linh động nên được cho phép con người hoàn toàn có thể vận dụng chúng trong hầu hết những nghành nghề dịch vụ đời sống từ nhà hàng, giao thông vận tải, kinh tế tài chính, kiến thiết xây dựng, giáo dục, … Và hơn thế nữa ngành công nghiệp nguồn năng lượng lúc bấy giờ có vẻ như là ngành xương sống cho một quốc tế tân tiến .

Dòng điện là gì ?

Có thể nói dòng điện là những dòng chuyển dời có hướng của những hạt mang điện thường là những electron. Trong những mạch điện mà tất cả chúng ta đang sử dụng lúc bấy giờ thì cũng được xem là dòng điện. Vì chúng cũng là dòng electron vận động và di chuyển và có hướng theo dây dẫn mà đi qua những thiết bị tiêu thụ điện để Giao hàng nhu yếu của con người. Dòng điện thường được những nhà khoa học quy ước là dòng chuyển dời có hướng của những điện tích dương. Khi đó trong mạch điện có dây dẫn sắt kẽm kim loại, electron là những 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 .

Trong những loại vật tư dẫn, những hạt tích điện có năng lực di dời tạo ra dòng điện được gọi là những hạt mang điện. Trong vật tư sắt kẽm kim loại, chất dẫn điện thông dụng nhất là những hạt nhân tích điện dương không hề di dời, chỉ có những electron tích điện âm có năng lực chuyển dời tự do trong vùng dẫn. Do đó, trong sắt kẽm kim loại những electron là những hạt mang điện. Trong những vật tư dẫn khác, ví dụ như những chất bán dẫn, hạt mang điện hoàn toàn có thể tích điện dương hay âm nhờ vào vào chất pha. Hạt mang điện âm và dương hoàn toàn có thể cùng lúc Open trong vật tư, ví dụ như trong dung dịch điện ly ở những pin điện hóa .

Cường độ dòng điện là gì ?

Nhắc tới dòng điện tất cả chúng ta sẽ có thêm khái niệm cường độ dòng điện. Cường độ của dòng điện khi chạy qua một mặt phẳng sẽ được định nghĩa là lượng điện tích đi qua mặt phẳng đó trong một đơn vị chức năng thời hạn nhất định. Trong quy trình học môn Vật Lý từ trung học ta đã biết cường độ dòng điện có ký hiệu là chữ I, và tất cả chúng ta có công thức tính là :

Chúng ta cũng có công thức về cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng chừng thời hạn. Nó được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua mặt phẳng được xét trong khoảng chừng thời hạn đó và khoảng chừng thời hạn mà tất cả chúng ta đang xét. Cụ thể là :

Trong đó :

• I tb là cường độ dòng điện trung bình, có đơn vị là A (hay còn gọi là Ampe)
• ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt mà chúng ta đang xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (hay coulomb)
• Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây).

Định luật Ohm

Hầu hết những thiết bị điện hay những ứng dụng tương quan đến dòng điện lúc bấy giờ đều dùng đến định luật Ohm. Thậm chí trong giáo dục ở những bộ môn Vật Lý cũng có đề cập đến định luật này. Nó được diễn đạt là sự đổi khác của cường độ dòng điện trải qua hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn và điện trở mà vật có. Chúng ta có biểu thức :

Trong đó :

• I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn điện, có đơn vị là A (hay Ampe).
• U là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, có đơn vị là V (hay Vôn).
• R là điện trở tượng trưng cho khả năng cản trở dòng điện trong vật dẫn, có đơn vị là Ω (hay Ohm).

Dòng điện trong các môi trường

Trong phần này tất cả chúng ta sẽ tìm hiểu và khám phá về những kiến thức và kỹ năng của dòng điện trong từng môi trường tự nhiên đơn cử. Các thiên nhiên và môi trường gồm có sắt kẽm kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không và chất bán dẫn. Cụ thể như thế nào thì tất cả chúng ta cùng nhau khám phá tiếp nhé .

Dòng điện trong kim loại

Từ lâu tất cả chúng ta đã biết thì sắt kẽm kim loại được xem như một vật tư dẫn điện được dùng rất phổ cập trong việc dẫn điện. Chúng ta hoàn toàn có thể thấy chúng trong hầu hết những loại dây điện lúc bấy giờ như bạc, đồng, vàng, chì, … Và thực chất thì dòng điện chạy trong vật tư sắt kẽm kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của những electron ngược chiều điện trường .

Hiện tượng nhiệt điện

nếu sợi dây sắt kẽm kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì hoạt 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 sắt kẽm 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 :

• T1 – T2 là hiệu nhiệt điện đầu nóng và đầu lạnh của kim loại.
• αt là hệ số nhiệt điện động, chúng phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất không thay đổi theo thời hạn và điều kiện kèm theo thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng thông dụng để đo nhiệt độ. Ứng dụng này tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thường thấy nhất trong những loại cảm ứng nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ, …

Điện trở của dây dẫn kim loại

Điện trở là một yếu tố cản trở dòng điện trong sắt kẽm kim loại. Bên cạnh định luật ôm thì chúng còn được biểu lộ trải qua công thức :

Trong đó :

• R là điện trở của dây dẫn kim loại (Ω)
• ρ là điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại (Ωm)
• S là tiết diện ngang của dây (m2)
• l là chiều dài của đoạn dây (m)

Bên cạnh đó thì điện trở suất của sắt kẽm kim loại còn được biểu lộ trải qua công thức :

Trong đó :

• ρ0 là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ ban đầu.
• ρ là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ đã thay đổi.
• Δt là độ biến thiên của nhiệt độ.
• α là hằng số nhiệt điện trở.

Dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm hoạt 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 hoàn toàn có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng kỳ lạ điện phân .

Chúng tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân .

Tỉ lệ thuận với khố lượng của ion ( hay khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion ấy ) .

Tỉ lệ nghịch với điện tích của ion ( hay hoá trị n của nguyên tố tạo ra ion ấy )

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 lập trải 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 những tác nhân ion hoá. Nhờ có nguồn 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 hoàn toàn có thể phối 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 những ion dương theo chiều điện trường và những ion âm, những 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 khí

Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa môt ả gọi là quy trình dẫn điện ( phóng điện ) không tự lực. Nó chỉ sống sót 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 quy trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm .

Dòng điện một chiều

Nói về khái niệm một chiều thì những bạn hoàn toàn có thể hiểu như sau. Dòng điện một chiều một là dòng chuyển dời những điện tích theo một hướng nhất định và không biến hóa trong suốt quy trình truyền. Dòng điện một chiều thường được viết tắt là 1C, hoặc theo tiếng anh tất cả chúng ta có dạng viết tắt là DC. Nghĩa là “ Direct Current “

Ngoài ra tất cả chúng ta còn hoàn toàn có thể nghe đến khái niệm điện áp một chiều. Là hiệu điện thế giữa hai cực của dòng điện một chiều, thường có giá trị là 5VDC, 12VDC, 24VDC .

Một số đặc điểm của điện một chiều

Có chiều không biến hóa trong quy trình truyền dẫn .

Được truyền từ dương sang âm, từ nơi có điện thế cao xuống nơi có điện thế thấp .

Thường được tạo ra từ pin, nguồn năng lượng mặt trời hay những loại ác, máy phát điện, …

Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ đổi khác liên tục theo thời hạn. Thông thường sự đổi khác của dòng điện trong quy trình truyền sẽ có tính chu kì theo biên dạng hình sin. Chúng thường được tạo ra từ những máy phát điện xoay chiều hoặc là được đổi khác từ nguồn điện một chiều. Có kí hiệu là AC theo tiếng anh ( nghĩa là Alternating Current )

Các lợi ích mà dòng điện mang lại

Có thể yếu tố này mình không cần đề cập thì những bạn cũng hoàn toàn có thể tưởng tượng ra được đúng không nào. Để quốc tế hoàn toàn có thể tăng trưởng về khoa học – kỹ thuật hay những nghành khác thì điện có vẻ như đóng vai trò chủ yếu. Cũng giống như là vai trò của nước so với sự sống thì điện có vai trò trong việc tăng trưởng một quốc tế mới của thời đại 4.0 .

Tuy nhiên mình cũng xin san sẻ thêm về những quyền lợi ít được biết đến của dòng điện để những bạn hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm. Cụ thể là với lượng điện thiết yếu để hoàn toàn có thể mang lại mặt tốt cho con người, tất cả chúng ta trọn vẹn hoàn toàn có thể dùng chúng cho việc chữa bệnh. Dòng điện có những công dụng sinh lý như :

Chúng có năng lực làm giảm những ngưỡng kích thích của những sợi cơ trong khung hình tất cả chúng ta .

Làm giảm tính phân phối của những giây thần kinh tủy sống truyền lên não. Điều này có ý nghĩa trong việc gây tê giảm đau trong phẫu thuật .

Giúp tăng cường năng lực dinh dưỡng của một số ít vùng có dòng điện chạy qua .

Các nguy hại từ dòng điện

Có thể nói dòng điện đi qua khung hình con người phần đông đều không tốt. Các mối nguy khốn sẽ nhờ vào vào cường độ dòng điện chạy qua khung hình tất cả chúng ta. Ứng với từng mức cường độ đơn cử mà sẽ xảy ra những hiện tượng kỳ lạ và hệ lụy khác nhau. Tuy nhiên những bạn hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm 1 số ít số liệu mà những nhà nghiên cứu đã tích lũy được trong quy trình thực nghiệm .

Các triệu chứng khi bị điện giật

• 1 mA: Sẽ gây ra cảm giác đau nhói tại chỗ tiếp xúc với dòng điện.
• 5 mA: sẽ gây cho chúng ta cảm giác bị giật nhẹ.
• 50 – 150 mA: mức này có thể gây chết người thông qua các tác động phân hủy cơ và suy thận.
• 1 – 4 A: Khi ở mức này tim chúng ta sẽ bị loạn nhịp dẫn đến việc lưu thông máu bị rối loạn.
• 10 A: Đây là mức nguy hiểm có thể dẫn đến chết người trong thời gian ngắn. Chính vì thế các cầu chì hay các câu giao chống giật trong gia đình thường được thiết kế theo mức 10A để đảm bảo an toàn.

Tuy nhiên dòng điện sẽ không đi qua khung hình tất cả chúng ta một cách tổng lực. Chúng sẽ nhờ vào vào mức điện trở của khung hình cũng như vào phương pháp mà tất cả chúng ta tiếp xúc với nguồn điện. Và những bạn cũng hoàn toàn có thể suy ra từ định luật Ohm để hoàn toàn có thể lý giải cho hiện tượng kỳ lạ này .

Điều kiện tiếp xúc quyết định điện trở

• Chạm tay vào dây điện: 40.000 – 1.000.000 ohm (khô ráo) và 4.000 – 15.000 ohm (ẩm ướt)
• Cầm dây điện: 15.000 – 50.000 ohm (khô ráo) và 3.000 – 5.000 ohm (ẩm ướt)
• Cầm vào ống nước: 5.000 – 10.000 ohm (khô ráo) và 1.000 – 3.000 ohm (ẩm ướt)
• Chạm bàn tay vào đường dây điện: 3.000 – 8.000 ohm (khô ráo) và 1.000 – 2.000 ohm (ẩm ướt)
• Khi ta nắm chặt một tay vào ống nước: 1.000 – 3.000 ohm (khô ráo) và 500 – 1.500 ohm (ẩm ướt)
• Khi ta nắm chặt cả hai tay vào ống nước: 500 – 1.500 ohm (khô ráo) và 250 – 750 ohm (ẩm ướt)
• Khi ta nhúng tay vào chất lỏng dẫn điện tốt: 200 – 500 ohm (ẩm ướt)
• Khi ta nhúng chân vào chất lỏng dẫn điện tốt: 100 – 300 ohm (ẩm ướt)

Tuy nhiên mức điện trở của từng người sẽ không trọn vẹn đúng mực theo thang đo trên 100 %. Điện trở sẽ nhờ vào vào từng người, độ tuổi, giới tính, độ cao, cân nặng, …
Click to rate this post !

[Total:

0

Average: 0]

Source: https://laodongdongnai.vn
Category: Chia Sẻ Kiến Thức