Cường độ dòng điện

Khái niệm: Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh hay yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số giữa điện lượng $∆q$ dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn và khoảng thời gian $∆t$ đó.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện trung bình trong khoảng thời gian $∆t$ $\left(A\right)$

$∆q$: điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn $\left(C\right)$

$∆t$: thời gian $\left(s\right)$

Cách mắc Ampere kế (dùng để đo cường độ dòng điện trong mạch): mắc nối tiếp sao cho chốt dương nối với cực dương, chốt âm nối với cực âm.

Khái niệm: Dòng điện không đổi (dòng điện một chiều) là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian. 

Viết tắt: 1C hay DC.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$q$: điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn $\left(C\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Ứng dụng:

Khi cúp điện chúng ta thường dùng đèn pin dạng sạc hoặc đèn pin sử dụng pin tiểu để chiếu sáng. Đây cũng chính là nguồn sử dụng pin 1 chiều phổ biến nhất.

Điện thoại di động chúng ta thường dùng hàng ngày cũng chính là một thiết bị dùng điện một chiều bởi vì nó được cắm sạc trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều. Đầu cắm sạc chính là đầu chuyển nguồn AC (xoay chiều) thành DC (một chiều) trước khi vào điện thoại.

Một ứng dụng đang được sử dụng rộng rãi và càng ngày càng nhân rộng chính là tấm Pin thu năng lượng mặt trời để biến thành điện năng sử dụng. Quá trình nãy cũng cần phải có thiết bị biến tần để biến điện năng một chiều thành điện xoay chiều 220VAC để sử dụng.

Ngoài ra acquy và pin cũng là những nguồn điện cho ra dòng điện một chiều.

Phát biểu: Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

Chú thích: 

$A$: điện năng tiêu thụ của đoạn mạch ($J)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

$q$: độ lớn của điện tích $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Vận dụng: Điện năng tiêu thụ thông thường được đo bằng đồng hồ điện, hay còn gọi là công tơ điện.

Đơn vị đo: 1 $kWh$ = 3600000 $Ws$ = 3600000 $J$ 

Phát biểu: Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất điện của đoạn mạch $\left(W\right)$

$A$: điện năng tiêu thụ $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Dụng cụ dùng để đo công suất thường dùng là Watt kế.

Phát biểu: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Chú thích:

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra ở đoạn mạch $\left(J\right)$

$R$: điện trở của đoạn mạch $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Trong đó điện trở $R$ được tính bằng công thức: $R=\rho \frac{l}{S}$.

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $\left(\Omega m\right)$

$l$: chiều dài vật dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện ngang của vật dẫn $\left(m^2\right)$

Heinrich Lenz (1804 - 1865)

James Prescott Joule (1818 - 1889)

Phát biểu: Công suất tỏa nhiệt $\mathcal{P}$ ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất tỏa nhiệt $\left(W\right)$

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$R$: điện trở của vật dẫn $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch.

Chú thích: 

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$q$: điện lượng $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian (s)

Phát biểu: Công suất ${\mathcal{P}}_{ng}$ của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.

Chú thích:

${\mathcal{P}}_{ng}$: công suất của nguồn điện $\left(W\right)$

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Chú thích:

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Phát biểu định luật Ohm đối với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

Chú thích: 

$I$: cường độ dòng điện trong mạch kín $\left(A\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Cường độ dòng điện đạt giá trị lớn nhất khi điện trở mạch ngoài không đáng kể ($R_N$=0), lúc này $I_m=\frac{\mathcal{E}}{r}$. Khi đó ta nói rằng, nguồn điện bị đoản mạch.

Tích của cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch và điện trở của nó được gọi là "độ giảm điện thế" trên đoạn mạch đó. Kết quả các thí nghiệm cho thấy, suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong:

$\mathcal{E}=I.(R_N+r)=I{R}_N+Ir$

Định luật Ohm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Phát biểu: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ (tức $R_N\approx 0$). Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn và có hại.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$r$: điện trở trong của nguồn điện $\left(\Omega \right)$

Hiện tượng đoản mạch: 

Trong đời sống, hiện tượng đoản mạch ở mạch điện thông thường có thể dẫn đến đứt cầu chì, gây cháy nổ và làm hư hỏng các thiết bị điện. Thậm chí, gây nguy hiểm đến con người nếu ở gần, có thể gây bỏng hoặc thiệt hại đến tính mạng (do cường độ dòng điện trong mạch tăng lên quá lớn nên tỏa ra nhiệt lượng rất cao).

Biện pháp phòng trách hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch):

- Khi không sử dụng thiết bị điện cần tắt hoàn toàn, an toàn hơn thì hãy rút phích cắm khỏi nguồn điện.

- Sử dụng dây dẫn điện có tiết diện phù hợp với dòng điện. Lắp cầu chì ở mỗi công tắc để ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

- Hạn chế các tác nhân ảnh hưởng đến nguồn điện trong gia đình như va đập cơ học, nhiệt độ môi trường cao. Lắp đặt công tắc điện ở vị trí thông thoáng, trách các khu vực ẩm ướt hoặc nhiệt độ cao như nhà vệ sinh hoặc khu vực bếp nấu nướng.

Chú thích:

$U_N$: hiệu điện thế của mạch ngoài $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R_N$: điện trở tương đương của mạch ngoài $\left(\Omega \right)$

$r$: điện trở trong của nguồn $\left(\Omega \right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn $\left(V\right)$

Chú thích: 

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

Chú thích: 

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

Hiện tượng điện phân

a/Định nghĩa hiện tượng điện phân:

Hiện tượng điện phân là hiện tượng xuất hiện các phản ứng phụ  ở các điện cực khi cho dòng điện một chiều qua bình điện phân.

b/Công thức Faraday về chất điện phân

$m=\frac{AIt}{Fn}$

Chú thích:

$m$: khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực khi điện phân $\left(g\right)$

$F=96500 C/mol$: số Faraday

$A$: khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố $\left(kg\right)$

$n$: hóa trị của nguyên tố

$I$: cường độ dòng điện trong dung dịch điện phân $\left(A\right)$

$t$: thời gian điện phân $\left(s\right)$

c/Ứng dụng:

Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện kim, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện,...

1. Luyện nhôm

Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện vào khoảng 10000A.

2. Mạ điện

Bể điện phân có cực dương là một tấm kim loại để mạ, cực âm là vật cần mạ, chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Phát biểu: Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường xác định một vector cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$:

- Có hướng trùng với hướng của từ trường.

- Có độ lớn bằng $\frac{F}{Il}$, với $F$ là độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện có độ dài $l$, cường độ $I$, đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$F$: lực từ $\left(N\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$l$: độ dài của phần tử dòng điện $\left(m\right)$

Quy tắc bàn tay trái:

Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra ${90}^0$ chỉ chiều của lực điện từ $F$.

Phát biểu: Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên phần tử dòng điện $I\overrightarrow{l}$ đặt trong từ trường đều, tại đó cảm ứng từ là $\overrightarrow{B}$.

- Có điểm đặt tại trung điểm của $l$ $\left(M_1{M}_2\right)$.

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{l}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.

Chú thích:

$F$: lực từ tác dụng $\left(N\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$l$: độ dài của phần tử dòng điện $\left(m\right)$

Trong đó $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{l}$.

Phát biểu: Đường sức từ đi qua M là đường tròn nằm trong mặt phẳng đi qua M vuông góc với dây dẫn, có tâm O nằm trên dây dẫn. Vector cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tiếp xúc với đường tròn đó tại M, dẫn đến $\overrightarrow{B}$ vuông góc với mặt phẳng tạo bởi M và dây dẫn.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$r$: khoảng cách từ một điểm đến dây dẫn $\left(m\right)$

Phát biểu: Các đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong có chiều đi vào mặt Nam, đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn ấy. Trong số dó, có đường sức từ đi qua tâm O là đường thẳng vô hạn ở hai đầu. Cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tại tâm O có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và có chiều đi vào mặt Nam, đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn đó.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$N$: số vòng dây sít nhau tạo nên khung dây tròn $\left(vòng\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R$: bán kính của khung dây tròn $\left(m\right)$

Phát biểu: Khi cho dòng điện cường độ $I$ đi vào dây dẫn, trong ống dây xuất hiện các đường sức từ là những đường thẳng song song và cách đều nhau. Nói cách khác, từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$N$: tổng số vòng dây 

$l$: độ dài hình trụ $\left(m\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Chú ý rằng $\frac{N}{l}=n$ là tổng số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi.

Vậy có thể viết lại công thức như sau:

$B=4\mathrm{\pi }.{10}^{-7}\mathrm{nI}$

I.Từ thông riêng của mạch

a/Định nghĩa rừ thông riêng

Giả sử có dòng điện với cường độ i chạy trong một mạch kín $\left(C\right)$. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông $\Phi$ qua $\left(C\right)$ được gọi là từ thông riêng của mạch.

Từ thông này tỉ lệ với cảm ứng từ do $i$ gây ra, nghĩa là tỉ lệ với $i$.

b/Biểu thức: $\mathit{\varphi }\mathbf{=}\mathit{L}\mathbf{.}\mathit{i}$

Chú thích:

$\Phi$: từ thông riêng của mạch $\left(Wb\right)$

$L$: hệ số tự cảm của mạch kín $(H - Henry)$, phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín (C)

$i$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Khái niệm: Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm là năng lượng đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua.

Chú thích:

$W$: năng lượng từ trường $\left(J\right)$

$L$: độ tự cảm $\left(H\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Một số loại cuộn cảm thường gặp.

Khái niệm: Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn (lớp chuyển tiếp).

Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới $10\%.$

Cấu tạo: Tấm bán dẫn , bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại . Mặt trên cùng là lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.

Ứng dụng: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi,... Ngày nay người ta đã chế tạo thành công oto và máy bay chạy bằng pin quang điện.

Phát biểu: Điện tích $q$ của một bản tụ điện và cường độ dòng $i$ trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian. Trong đó, $i$ sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với $q$.

Chú thích:

$q$: điện tích của một bản tụ điện $\left(C\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại của bản tụ điện $\left(C\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

$\phi$: pha ban đầu của dao động $\left(rad\right)$

$i$: cường độ dòng điện trong mạch $\left(A\right)$

$I_0=\omega .Q_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

Chú ý:

- Khi $t=0$ nếu $q$ đang tăng (tụ điện đang tích điện) thì ${\phi }_q<0$; nếu $q$ đang giảm (tụ điện đang phóng điện) thì ${\phi }_q>0.$

- Khi $t=0$ nếu $i$ đang tăng thì ${\phi }_i<0$; nếu $i$ đang giảm thì ${\phi }_i>0$. 

Với ${\phi }_i={\phi }_q+\frac{\pi }{2}$

Chú thích: 

$U_0$: điện áp cực đại giữa hai bản tụ điện $\left(V\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại $\left(C\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$I_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

$L$: độ tự cảm của ống dây $\left(H\right)$

Phát biểu: Dòng điện và điện tích trong mạch là hai đại lượng vuông pha nhau, trong đó $i$ sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với điện tích $q$.

Chú thích: 

$q$: điện áp tức thời $\left(C\right)$

$Q_0$: điện áp cực đại $\left(C\right)$

$i$: cường độ dòng điện tức thời $\left(A\right)$

$I_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

Phát biểu: Dòng điện và điện áp trong mạch là hai đại lượng vuông pha nhau, trong đó $i$ sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với $u$.

Chú thích: 

$u$: điện áp tức thời $\left(V\right)$

$U_0$: điện áp cực đại $\left(V\right)$

$i$: cường độ dòng điện tức thời $\left(A\right)$

$I_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

Chú thích: 

$i$: cường độ dòng điện tức thời trong mạch $\left(A\right)$

$q$: điện tích tức thời của tụ điện $\left(C\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại của tụ điện $\left(C\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

Phát biểu: Dòng điện qua cuộn cảm thuần $L$ sinh ra từ thông biến thiên, từ đó sinh ra từ trường. Do đó trong cuộn cảm thuần có năng lượng từ trường.

Chú thích:

$W_L, W_{Lmax}$: năng lượng từ trường và năng lượng từ trường cực đại qua cuộn cảm $\left(J\right)$

$i,I_0$: cường độ dòng điện tức thời và cường độ dòng điện cực đại qua cuộn cảm $\left(C\right)$

$L$: độ tự cảm của cuộn cảm $\left(H\right)$

$u, U_0$: điện áp tức thời và điện áp cực đại của tụ điện $\left(V\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

Sự tương quan giữa các đại lượng:

Sự tương quan giữa các công thức:

Với H là hiệu suất 

     $N_p$ số photon

     $I$ Cường độ dòng điện $\left(A\right)$

     $\lambda$ Bước sóng của tia X $\left(m\right)$

Xét 2 quả cầu A , B có thể nhiễm điện bằng cách chiếu ánh sáng thích hợp

$V_{Amax}=\frac{hc}{e}\left(\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_{01}}\right)$

$V_{Bmax}=\frac{hc}{e}\left(\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_{02}}\right)$

Khi điện thế 2 quả cầu cực đại người ta nối điện trở R ở giữa :

TH1 $I=\frac{\left|V_{Amax}-V_{Bmax}\right|}{R}=\frac{hc}{e}\left|\left(\frac{1}{{\lambda }_{01}}-\frac{1}{{\lambda }_{02}}\right)\right|$ $\lambda <{\lambda }_{01},\lambda <{\lambda }_{02}$ Dòng điện đi từ điện thế cao sang thấp

TH2  $I=\frac{V_{Amax}}{R} ; {\lambda }_{01}>\lambda >{\lambda }_{02}$dòng điện đi từ A sang B xem B như là nối đất

TH3 :$I=\frac{V_{Bmax}}{R}:{\lambda }_{02}>\lambda >{\lambda }_{01}$ dòng điện đi từ B sang A xem A như là nối đất

Với $I_{bh}$ là dòng điện khi tất cả e bức ra đều đến catot

      I là dòng điện đo được bằng Ampe kế (A)

     $N_{e đến}$ là số electron đến được anot

Với $H\text{'}$ Hiệu suất tạo dòng quang điện 

      $N_{e đến}$ số electron đến được anot

      $N_{e bức ra}$ số electron bức ra khỏi kim loại

      $I_{bh}$ dòng điện lúc bão hòa

Hai dây dẫn cùng chiều dòng điện sẽ hút nhau , ngược chiều sẽ đẩy nhau

Định nghĩa :Moment ngẫu lực từ là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay khung dây có dòng điện đặc trong từ trường.

Công thức $M=NBIS\sin \left(\alpha \right) ; \alpha =\left(\widehat{\overrightarrow{n},\overrightarrow{B}}\right)$

1/Mạch chứa đèn :

Trên đèn thường ghi $\left(U_{Đ},P_{Đ}\right)$ với $U_{Đ}$ là hiệu điện thế cần đặt vào hai đầu đèn để đèn sáng bình thường hay còn gọi là hiệu điện thế định mức , $P_{Đ}$ là công suất của đèn khi đèn sáng bình thường hay còn gọi là công suất định mức.

Các công thức : 

$R_{Đ}=\frac{{U^2}_{Đ}}{P_{Đ}}$ ,  $I_{bt}=\frac{P_{Đ}}{U_{Đ}}$

Kí hiệu trên mạch:

2/Thiết bị điện và đo điện

a/Khóa K: Có tác dụng đóng ngắt mạch điện.Khi K đóng dòng điện được phép chạy qua và khi K mở thì không cho dòng điện chạy qua

Kí hiệu :

b/Tụ điện C : Có tác dụng tích điện và không cho dòng điện một chiều đi qua.

Kí hiệu

c/Ampe kế : Dùng để đo cường độ dòng điện thường có điện trở rất nhỏ và được mắc nối tiếp.

Kí hiệu

d/Vôn kế: Dùng để đo hiệu điện thế thường có điện trở rất lớn và được mắc song song.

Kí hiệu :

e/Điện kế G : Dùng để xác định chiều dòng điện trong đoạn mạch.Mắc nối tiếp với mạch

Kí hiệu :

f/Oát kế :Dùng để đo công suất trong mạch.Mắc nối tiếp với mạch

Kí hiệu :

Xét mạch không chứa nguồn

TH1 : Khi giữa MN không có điện trở, cùng một nhánh.

$V_M\approx V_N$ do điện trở của dây rất nhỏ có thể bỏ qua $U_{MN}=\rho \frac{l}{S}.I$

TH2: Khi giữa MN có điện trở , cùng một nhánh

$U_{MN}=U_R=I.R=V_M-V_N$

TH3: Khi giữa MN nằm trên mỗi nhánh

$U_{MN}=V_M-V_N=U_{AN}-U_{AM}=I_{AN}.R_{AN}-I_{AM}.R_{AM}$

Với ví dụ trên hình:

$$\begin{gathered} U_{MN}=V_M-V_N=I_2.R_2-I_1.R_1 \\ {I}_2=\frac{U_{AB}}{R_1+R_3} ; I_1=\frac{U_{AB}}{R_2+R_4} \end{gathered}$$

Khi bài toán hỏi cách mắc V kế : ta mắc cực dương với điểm có điện thế lớn hơn, cực âm nối với cực còn lại

TH4: MN nối hai nhánh bằng điện trở

Chọn chiều dòng điện trên MN

Theo định luật nút mạch tại M, N

$$\begin{gathered} T\mathrm{ạ}i M :I_5+I_1=I_3 \\ Tại N: I_5+I_4={\mathrm{Ị}}_2 \\ \Rightarrow \\ \frac{U_{AM}-U_{AN}}{R_5}+\frac{U_{AM}}{R_1}=\frac{U_{AB}-U_{AM}}{R_3} \\ \frac{U_{AM}-U_{AN}}{R_5}+\frac{U_{AB}-U_{AN}}{R_4}=\frac{U_{AN}}{R_2} \end{gathered}$$

Giải hệ tìm $U_{AN} ,U_{AM}$

Định luật nút mạch:

Tổng cường độ dòng điện có chiều vào nút bằng với tổng cường độ dòng điện của các dòng điện có chiều ra khỏi nút.

$$\begin{gathered} I_{in}=I_{out} \\ {I}_1+I_2=I_3+I_4 \end{gathered}$$

Với 

$I \left(A\right)$ là cường độ dòng điện.

$S \left(m^2\right)$ là tiết điện ngang của dây.

$i \left(A/m^2\right)$ là mật độ dòng điện.

$n \left(hat/m^3\right)$ là mật độ hạt mang điện.

$v \left(m/s^2\right)$ là tốc độ trung bình của chuyển động có hướng của các hạt mang điện.

$I_{AB}$ dòng điện trên đoạn AB

$U_{AB}$ hiệu điện thế giữa hai đầu AB

Ta chọn chiều dòng điện A đến B

Nếu dòng điện đi vào cực dương thì ta lấy $-\mathcal{E}$ và ngược lại ta lấy $+\mathcal{E}$.

Khi tính toán: $I>0$ thì dòng điện đúng chiều ban đầu chọn và ngược lại $I<0$ thì ngược chiều so với chiều đã chọn.

Ứng dụng: Dùng để tính hiệu điện thế giữa hai điểm.

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

1/Định nghĩa chất điện phân

Chất điện phân là những dung dịch muối, axit ,bazo và các muối, bazo nóng chảy có tính chất cho dòng điện chạy qua.

Ví dụ: dung dịch HCL, Oxit nhôm nóng chảy.

2.Dòng điện trong chất điện phân

Khi các axit,bazo,muối hòa tan vào nước dễ phân li tạo thành các ion dương và các ion âm. Số lượng phân li [hụ thuộc nồng độ và nhiệt độ

Các ion chuyển động nhiệt hỗn loạn.Trong quá trình chuyển động các ion dương và ion âm có thể kết hợp lại tạo thành phần tử trung hòa.

KL: Dòng điện trong chất diên phân là sự chuyển dởi có hướng của các ion  dương cùng chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

HIỆN TƯỢNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC

1.Bình điện phân: gồm hai điện cực làm bằng kim loại hay than chì được nhúng vào chất điện phân.

Kí hiệu:

2.Hiện tượng duơng cực tan:

Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương anot bi ăn mòn, cực âm có kim loại bám vào khi cho dòng điện một chiều chạy qua bình điện phân có ion kim loại trong dung dịch diện phân mà anot củng làm bằng chính kim loại ấy.

Ví dụ : Điện phân dung dịch $CuS{O}_4$ điện cực làm bằng đồng.

Tại Anot: Đồng trên điện cực nhường 2e và $S{O_4}^{2-}$ kéo  vào dung dịch: $Cu\to C{u}^{2+}+2e^{-}$

Tại Catot: các ion đồng di chuyển về phía catot nhận 2e trở thành đồng bám lên catot: $C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu$

Kết quả : Đồng trên điện cực anot giảm ,trên catot thì tăng.

3.Phản ứng phụ

Phản ứng phụ là phản ứng hóa học của các nguyên tử trung hòa hình thành khi các ion đến các điện cực nhường , nhận eclectron có thể tác dụng với các điện cực , dung môi.

Ví dụ: Điện phân dung dịch $H_{2}S{O}_4$ điện cực bằng than chì.

Tại Anot: Các ion $H^{+}$ đến nhận 2e trở thành phân tử khí  $2H^{+}+2e^{-}\to H_2\uparrow$

Tại Catot: Các ion $S{O_4}^{2-},O{H}^{-}$do nước phân li di chuyển đến nhưng chỉ $O{H}^{-}$ nhường bớt e để tạo thành khí $4O{H}^{-}-4e\to O_2+2H_{2}O$

Kết quả: Tạo ra khí $H_2,O_2$

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

1.Chất khí là môi trường không dẫn điện

Các phân tử khí không dẫn điện vì các phân tử khi đều ở trạng thái trung hòa điện, nên không tải điện ở điều kiện thường.

2.Dòng điện trong chất khí

Nhờ có các tác nhân các làm các phân tử khí bị ion hóa thành ion dương và electron tự do.Các hạt này đóng vai trò hạt tải điện

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dởi có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và các eelctron tự do ngược chiều điện trường.

3. Quá trình dẫn điện không tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả 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.

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.

Nó có 3 đoạn rõ rệt:

+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.

+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.

+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.

4. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí có thể duy trì, không cần ta liên tục đưa hạt tải điện vào, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.

- Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

1. Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra êlectron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào, làm bật êlectron ra khỏi catôt và trở thành hạt tải điện.

Tuỳ cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.

Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện

TIA LỬA ĐIỆN VÀ HỒ QUANG ĐIỆN

1.Qúa trình dẫn điện tự lực

a/Định nghĩa :Qúa trình dẫn điện tự lực là quá trình xuất hiện dòng điện trong chất khí có thể tự duy trì không cần tạo ra các hạt tải điện.

b/Điều kiện: 

+ Dòng điện chạy qua làm tăng nhiệt độ , các phân tử khí bị ion hóa.

+ Cường độ điện trường trong không khí rất lớn làm phân tử khí bị ion hóa.

+Các điện cực bi nung nóng đỏ có thể phát ra electron.

+ Các ion dương có năng lượng lớn đập vào điện cực có thể phát ra 

2.Tia lửa điện

a/Định nghĩa: Tia lửa điện là quá trình dẫn điện tự lực khi điện trường đủ mạnh làm ion hóa chất khí thành ion dương và electron.

b/Điều kiện: Tia lửa điện có thể hình thành ở điều kiện thường khi điện trường tới ngưỡng 3.${10}^6$ V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.

c/Ứng dụng: Bộ phận đánh lửa sét ,từ đám mây giông.

3.Hồ quang điện

a/Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình dẫn điện tự lực của chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp , đặt vào hai điện thế không lớn có kèm nhiệt và phát sáng.

b/Điều kiện:

+ Làm cho hai đầu nóng đỏ, cung cấp điện trường đủ mạnh

+ Có dạng vòng cung và phát sáng giữa hai điện cực xung quanh có nhiệt độ cao nên dẫn điện tốt.

c/Ứng dụng : Hàn , đun chảy vật liệu, làm đèn phát sáng.

Công suất tiêu thụ trên mạch ngoài:

$P = R{I}^2 = R.{\left(\frac{\mathcal{E}}{R\hspace{0.17em}+ r}\right)}^2 = \frac{R.{\mathcal{E}}^2}{R^2 + 2Rr + r^2}=\frac{{\mathcal{E}}^2}{\left(R + {\displaystyle \frac{r^2}{R}}\right) + 2r}$

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy:

$$\begin{gathered} R + \frac{r^2}{R}\ge 2\sqrt{R . \frac{r^2}{R}} \\ \Rightarrow R + \frac{r^2}{R}\ge 2r \end{gathered}$$

Vậy $P_{max} = \frac{{\mathcal{E}}^2}{4r}$

Dấu “=” xảy ra khi $R = \frac{r^2}{R}\Rightarrow R = r$

=> Nếu R = r thì công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là cực đại.

Quy tắc bàn tay phải:

Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.

Quy ước:

có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi vào.

có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi ra.

Ví dụ: 

- Theo quy tắc bàn tay trái hướng của lực từ tác dụng lên các cạnh giống như hình vẽ.

- Vì các cạnh vuông góc với từ trường nên α = 90°, độ lớn lực từ tính theo:

$\left\{\begin{array}{l}{F}_1 = F_3 =B.I.AB.\sin \left(90\right) = B.I.AB\\ F_2 = F_4 =B.I.BC.\sin \left(90\right) = B.I.BC\end{array}\right.$

Lực tổng hợp tác dụng lên khung dây:

$\overrightarrow{F} = \overrightarrow{F_1} + {\overrightarrow{F}}_2 + {\overrightarrow{F}}_3 + {\overrightarrow{F}}_4$

Trong đó:

$i_c$: cường độ dòng điện cảm ứng (A).

$e_c$: suất điện động cảm ứng của khung dây (V).

R: điện trở của khung dây ($\Omega$).