Định nghĩa dòng điện, cường độ dòng điện và biểu thức liên quan

Trong chuyên mục Wiki vật lý hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về một thứ rất quan trọng trong đời sống của con ngườ, được xem là phát kiến vĩ đại của thế kỷ XX. Đó là dòng điện, vậy dòng điện là gì? Những biểu thức liên quan đến dòng điện? Trong phạm vi bài viết ngày hôm nay, Wikihoidap.org sẽ giới thiệu đến các bạn chủ đề định nghĩa dòng điện là gì và các thông tin liên quan nhé!

Khái niệm dòng điện:

Dòng điện là gì:

Trong vật liệu dẫn, các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện được gọi là các hạt mang điện. Trong kim loại, chất dẫn điện phổ biến nhất, các hạt nhân tích điện dương không thể dịch chuyển, chỉ có các electron tích điện âm có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn, do đó, trong kim loại các electron là các hạt mang điện. Trong các vật liệu dẫn khác, ví dụ như các chất bán dẫn, 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.

Tĩnh điện là gì:

Tĩnh điện thường xảy ra khi bạn chà xát mọi thứ với nhau. Nếu bạn chà một quả bóng bay vào áo thun của bạn 20 hoặc 30 lần, quả bóng sẽ dính vào tay bạn. Điều này xảy ra bởi vì cọ xát quả bóng mang lại cho nó một điện tích (một lượng điện nhỏ). Điện tích làm cho nó dính vào áo thun của bạn như nam châm, vì áo thun của bạn có được điện tích trái dấu. Vì vậy, áo thun của bạn và quả bóng thu hút lẫn nhau giống như hai đầu đối diện của hai nam châm.

Chiều dòng điện:

Do dòng điện trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kì chiều nào,khi có 1 dòng điện I trong mạch, hướng của dòng điện qui ước cần 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.

Khi phân tích dòng điện,hướng thực tế của dòng điện qua một thành phần của mạch điện thường chưa biết.Chính vì thế,hướng tham chiếu cần được nêu rõ.Khi một mạch điện đã được đánh dấu hoàn thiện,giá trị âm có nghĩa dòng điện thực tế ngược với hướng của dòng tham chiếu.Trong mạch điện,hướng tham chiếu thường được chọn là hướng nối đất.Đa phần các trường hợp thì nó đúng với hướng di chuyển thực tế của dòng điện trong mạch,vì hầu hết các mạch điện,điện thế áp vào mạch là dương so với đất.

Cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện qua một bề mặt được định nghĩa là lượng điện tích di chuyển qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian. Nó thường được ký hiệu bằng chữ I, từ chữ tiếng Pháp Intensité, nghĩa là cường độ. Trong hệ SI, cường độ dòng điện có đơn vị ampe.

I = Q/t = (q1 + q2 + q3 +...)/ t

Cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian đang xét.

Itb = denta Q/ denta t

Trong đó,

  • tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A (ampe)
  • ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (coulomb)
  • Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây)

Khi khoảng thời gian được xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời:

I = dQ/ dt

Dòng điện một chiều và xoay chiều:

Dòng điện một chiều (AC):

AC là viết tắt của Alternating Current: Là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian. Những biến đổi này thường có chu kỳ nhất định.
Có nghĩa dòng điện AC trong mạch chảy theo 1 chiều, rồi sau đó chảy theo chiều ngược lại và cứ tiếp tục đổi chiều như vậy.
Một điện áp AC thì có giá trị dương sang âm rồi tiếp tục đổi ngược lại.
Để đo lường sự thay đổi chiều nhanh hay chậm, người ta đưa ra khái niệm:
Tần số (hertz): Là số lần lặp lại trạng thái cũ trong 1 giây. Kí hiệu: F. Đơn vị Hz.
Chu kỳ: Là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại ví trí cũ. Tính bằng giây (s): Kí hiệu T. T = 1/F

Như hình bên, tín hiệu điện hình tam giác gọi là tín hiệu AC vì biên độ điện áp thay đổi từ dương sang âm rồi lại dương và cứ lặp lại tiếp tục.
Một nguồn AC thì phù hợp cung cấp cho các thiết bị như đèn, các thiết bị đốt nóng như bếp điện, bàn ủi, bình nấu nước bằng điện… Nhưng tất cả các mạch điện lại yêu cầu một điện áp không đổi. Chính vì lý do này mà ta phải quan tâm đến cách mạch chỉnh lưu, ổn áp… Để biến từ một dòng điện thay đổi thành không đổi để sử dụng cho mạch điện.

Dòng điện xoay chiều (DC):

DC là viết tắt của Direct Current: Hiểu một cách đơn giản là dòng điện chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi. Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.
Một điện áp DC có giá trị luôn luôn là dương hoặc là âm. Giá trị có thể tăng hoặc giảm nhưng không bị thay đổi giữa dương và âm. Ví dụ: nguồn DC +5V vì lí do gì đó bị giảm giá trị xuống 3V hoặc 1V nhưng không thể là -1V.

Các mạch điện thường yêu cầu một nguồn cung cấp DC có giá trị không đổi hoặc là tín hiệu DC có một chút gợp sóng như hình bên.

Các bộ nguồn, pin thì cung cấp điện áp DC không đổi, là sự chọn lựa tốt cho các mạch điện của chúng ta. Nguyên tắc chung của các bộ nguồn này là chuyển đổi điện áp AC lớn ngõ vào thành một điện áp AC nhỏ hơn. Tiếp đó thì sử dụng cầu diod để chuyển đổi AC thành DC kết hợp với các tụ có giá trị lớn ngõ ra để tạo ra điện áp DC ngõ ra với một chút gợn sóng. Tùy vào chất lượng nguồn mà giá trị DC ngõ ra có gợn sóng nhiều hay ít. Nhưng đa phần là đáp ứng tốt cho hầu hết các mạch điện.

Ứng dụng của dòng điện:

Dòng điện một chiều với cường độ cỡ mA khi truyền qua cơ thể gây nên những tác dụng sinh lý đặc biệt sau:

  • làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động
  • giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đau
  • gây giãn mạch ở phần cơ thể giữa hai điện cực
  • tăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua.

Các tác dụng của dòng điện qua cơ thể được ứng dụng trong châm cứu hay điện châm và là cơ sở của liệu pháp Galvani, trong đó người ta đưa dòng điện một chiều cường độ tới hàng chục mA vào cơ thể và kéo dài nhiều phút. Tuy nhiên trong những trường hợp tai biến bất ngờ, điện tác dụng lên cơ thể quá những mức độ mà cơ thể có thể chịu đựng được. Lúc đó điện trở thành một mối nguy hiểm cho sức khoẻ và tính mạng con người.

Đối với những bệnh nhân khi tim đã ngừng đập người ta có thể dùng liệu pháp sốc điện để cố gắng kích thích tim đập lại với hy vọng duy trì sự sống.

Trên đây là những kiến thức cơ bản về dòng điện, hy vọng sẽ trả lời các thắc mắc của các bạn. Wikihoidap.org xin chào!