Tác dụng cơ bản của dòng điện là gì
|
Lượt xem: 4578 Show
Chắc hẳn trong chúng ta ai cũng được nghe qua ít nhiều về điện hay dòng điện. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ về hiện tượng vật lý này nhất là các bạn học sinh ở bộ môn vậy lý. Để cung cấp thêm những kiến thức cơ bản hay phần nào đó giúp các em học sinh trong quá trình học tập mời các bạn cùng chúng tôi thảo luận và chia sẻ về hiện tượng vật lý này thông qua bài viết dưới đây nhé!
Dòng điện là gì? Những điều có thể bạn chưa biết về dòng điện. I. Dòng điện là gì?1. 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 khi trời mưa. Nhưng mãi đến thế kỳ XVII hay XVIII thì các thuyết về dòng điện mới được hình thành và phát triển. Tuy nhiên các thuyết này cũng chỉ giải thích các hiện tượng tự nhiên của dòng điện chứ thực ra chưa có ai áp dụng vào các ứng dụng thực tế như bây giờ. Cho đến cuối thế kỷ XIX ở rất nhiều quốc gia sẽ có cách sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau để khai thác làm năng lượng điện khiến cho việc dùng điện không còn nhiều khó khăn, trở ngại. Ngày nay điện đang được tạo thành từ 3 nguồn năng lượng chính như:
Trên đây là 3 trong số rất nhiều nguồn năng lượng có thể chuyển hóa thành điện năng để giúp cho nhu cầu sử dụng của con người được tốt hơn. Ngày nay năng lượng điện đang 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…Và từ đây ngành công nghiệp này được xem như ngành xương sống cho một thế giới hiện đại. Đến đây thì chắc chắn bạn đã biết dòng điện được hình thành từ đâu rồi phải không nào? Phần tiếp theo chúng ta cùng đi tìm hiểu để đưa ra một khái niệm hoàn chỉnh về dòng điện nhé.
2. Khái niệm dòng điện:Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện thường là các electron ở trong môi trường nào đó như kim loại, chất điện phân, chất khí hay chất bán dẫn. Đó là số lượng electron đi qua một điểm nhất định trong một giây. Có nghĩa là nếu nhiều electron hơn đi qua một điểm nhất định thì dòng điện sẽ lơn hơn. Dòng điện được đo bằng Ampe hoặc amp.
Nhưng ở môi trường khác nhau, các hạt mang điện sẽ có cấu tạo tương ứng, không môi trường nào giống môi trường nào từ đó tạo nên bản chất riêng của dòng điện trong các môi trường mà chúng ta sẽ lần lượt đi tìm hiểu chi tiết dưới đây: 2.1. Dòng điện trong kim loại:
ρo : điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0
Trong đó T1 – T2 là hiệu nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh; αT là hệ số nhiệt điện động.
=> Như vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. 2.2. Dòng điện trong chất điện phân:
+ Định luật 1: Khôi lượng chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq + Định luật 2: Đương lượng hóa học của nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam AnAn của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là 1F1F trong đó F gọi là số Faraday. k=1F.Ank=1F.An Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật: m=1F.An.Itm=1F.An.It => Như vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. + Ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion. ... Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân. 2.3. Dòng điện trong chất khí:
=> 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 êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra. - Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. 2.4. Dòng điện trong chân không:
=> 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. Bản chất dòng điện trong môi trường chân không: Chân không tuyệt đối là môi trường không có vật chất, năng lượng. 2.5. Dòng điện trong chất bán dẫn:
=> 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.
3. Chiều của dòng điện.Dòng điện trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kỳ chiều nào, khi có 1 dòng điện I trong mạch, hướng của dòng điện quy 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. Có 2 loại dòng điện đó là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều. 3.1. Dòng điện xoay chiều (AC).
3.2. Dòng điện một chiều (DC).
4. Công suất điện là gì.Công suất điện có thể hiểu nôm na là tốc độ tiêu thụ điện năng, là thông số hiển thị cho người sử dụng biết được chính xác lượng điện năng tiêu thụ của thiết bị là bao nhiêu hay là sẽ tiêu tốn bao nhiêu số điện trong thời gian 1 tháng theo đồng hồ đo để làm căn cứ tính toán số tiền điện cần phải chi trả. Việc tính được công suất tiêu thụ điện trong nhà dựa trên các thông số kỹ thuật được ghi trên các thiết bị điện sẽ giúp người dùng cân đối được nhu cầu sử dụng điện của gia đình mình.
Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó. P=U.IP=U.I Trong đó: P: công suất (W) U: hiệu điện thế (V) I: cường độ dòng điện (A) Ngoài đơn vị W người ta còn thường dùng đơn vị kW, MW + 1 kW = 1000 W + 1 MW = 106 W
5. 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. Dòng điện càng mạnh thì cường độ của dòng điện càng lớn và ngược lại. Cường độ dòng điện được ký hiệu bằng chữ I. Đơn vị cường độ dòng điện là ampe và được ký hiệu là A. Ngoài ampe, người ta còn có thể đo cường độ dòng điện bằng các đơn vị nhỏ hơn là miliampe, ký hiệu là mA. Trong đó: 1mA = 0,001A. Cường độ dòng điện được tính bằng công thức: I = Q/t = (q1 + q2 + q3+…+qn) /t Nhìn vào đây ta thấy cường độ dòng điện trung bình của một khoảng thời gian sẽ được định nghĩa bằng thương số điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian đang xét. Công thức tính dành cho cường độ dòng điện trung bình:
Trong biểu thức này bao gồm: Itb là cường độ dòng điện trung bình (A) ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong một khoảng thời gian Δt (C). Δt là một khoảng thời gian được xét nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời với công thức tính như sau:
Trong biểu thức này: I: là cường độ dòng điện P: là công suất tiêu thụ của thiết bị điện U: là hiệu điện thế Công thức khác:
6. Hiệu điện thế là gì? Hiệu điện thế hay còn gọi với một cái tên khác là điện áp. Là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia. Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng (lực điện), hoặc sự mất đi, sử dụng, hoặc năng lượng lưu trữ. Ký hiệu của hiệu điện thế – Đối với điện áp sẽ được kí hiệu là U. – Đối với cường độ dòng điện thì được kí hiệu là I. Với hiệu điện thế có kí hiệu ∆V hay ∆U thì thường được viết theo cách đơn giản là V hoặc U. Do đó, tất cả chúng ta đều biết bởi đã từng được học qua chương trình vật lý lớp 7 hay lớp 11. Công thức tính cơ bản: U= I. R Trong đó : I chính là cường độ dòng điện (A). R chính là điện trở của vật dẫn điện (Ω). U chính là hiệu điện thế (V). Công thức: VM = AM∞qAM∞q Với hiệu điện thế giữa 2 điểm có trong điện trường là một đại lượng đặc trưng giúp cho khả năng thực hiện công của điện trường nếu khi có bất kỳ 1 điện tích nào di chuyển giữa 2 điểm đó. Công thức: UMN = VM – VN = AMNqAMNq *** Đến đây chắc chắn bạn đang thắc mắc tại sao lại có sự khác nhau giữa điện áp các nơi trên thế giới?Ở Việt Nam ta các thiết bị điện – điện tử hay cụ thể là các loại van công nghiệp như van điều khiển điện thường hay sử dụng điện áp 220V AC vì đây là nguồn điện lưới phổ biến của hệ thống lưới điện quốc gia. Tuy nhiên bạn vẫn thường xuyên gặp phải các loại van điện từ sử dụng điện áp 110V AC bởi vì những sản phẩm này có xuất xứ từ Nhật Bản hay Mỹ. Ở những quốc gia đó điện áp chính của họ là 110V AC vì vậy để có thể sử dụng những sản phẩm này ở nước ta thì cần phải có bộ chuyển điện áp từ 220V xuống 110V. Vậy thì tại sao lại có sự chênh lệch này? Trên mặt lý thuyết, khái niệm điện áp hay hiệu điện thế là chênh lệch điện thế giữa 2 điểm. Hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển 1 hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm khác. Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị của điện áp là Volt (viết tắt là V). Điện áp càng lớn thì lực đẩy các hạt điện tích càng mạnh. Có thể hiểu một cách nôm na rằng nếu so sánh dòng điện như 1 dòng nước thì hiệu điện thế là lực chảy của dòng nước. Nếu chênh lệch mức nước giữa 2 điểm càng cao thì nước chảy càng mạnh. Về mặt các thiết bị sử dụng, nhà sản xuất chế tạo các thiết phù hợp với từng chuẩn điện áp được sử dụng tại những nơi khác nhau. Chủ yếu là 110-120V và 220-240V. Một số phương tiện công suất nhỏ thường được sản xuất ở cả 2 mức điện áp 110 và 220V. Những thiết bị có công suất lớn như máy sấy, máy nén,… thường yêu cầu sử dụng mức điện áp 220V. Về khía cạnh dây dẫn. Một cách cơ bản, dòng điện xoay chiều (AC) được chia thành loại mạch điện 1 pha và 3 pha. Mạch điện 1 pha xoay chiều có hai dây nối với nguồn điện. Tuy nhiên, không giống với mạch điện 1 chiều (DC) có hướng của dòng điện không thay đổi, hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC thay đổi nhiều lần mỗi giây tùy theo tần số (ở đây chúng ta đang nói đến 50Hz) của nguồn điện trong mạch. Điện 220V cung cấp cho mỗi hộ gia đình sử dụng là điện xoay chiều 1 pha và có 2 dây: dây pha và dây trung tính (dây nóng và dây nguội). Về mặt hiệu quả kinh tế, điện áp 110-120V được cho là an toàn hơn tuy nhiên có mạng lưới phân phối đắt tiền hơn do để đảm bảo công suất, đòi hỏi tiết diện dây dẫn phải lớn hơn nên chi phí nguyên liệu chế tạo dây sẽ lớn hơn. Bên cạnh đó để tránh tổn hao do điện trở thuần gây ra nên dây dẫn cần sử dụng loại nguyên liệu tinh khiết hơn nên tốn kém hơn (dùng đồng ít bị pha). Ngược lại, điện 240V dễ truyền tải hơn, hiệu suất cao hơn và có mức hao hụt thấp hơn tuy nhiên kém an toàn hơn. Việc lựa chọn sử dụng loại điện áp nào trên phạm vi toàn quốc gia không chỉ dựa trên các yếu tố thuần kỹ thuật mà còn xét đến một số yếu tố khác như quy mô lưới điện, các bối cảnh lịch sử, chính trị,… Chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu và phân tích xem điện áp là gì, cũng như tìm hiểu một số khái niệm liên quan đến dòng điện là gì. Bên cạnh bài viết về hiệu điện thế, các bạn có thể tìm đọc thêm những chia sẻ hữu ích khác liên quan đến dòng điện
II. Các tác dụng của dòng điện trong cuộc sống hiện đại ngày nay.Như chúng ta có thể thấy, những tác dụng của dòng điện đang được áp dụng phổ biến trong mọi hoạt động thường ngày của chúng ta. Cụ thể dưới đây là một số những tác dụng chi tiết mà quý độc giả có thể tham khảo. 1. Tác dụng nhiệt.Thực tế hầu hết những vật dẫn điện đều có xu hướng nóng lên sau một thời gian sử dụng. Chính vì vậy bằng việc tận dụng những vật dẫn điện tốt giúp đưa ngưỡng nhiệt mong muốn đến một giá trị nhất định đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng. Bếp hồng ngoại, bếp hay lò sưởi là những ví dụ điển hình cho chúng ta thấy được rõ nhất những tác dụng nhiệt của dòng điện phục vụ cho cuộc sống của con người. 2. Tác dụng chiếu sáng.Đây có lẽ là một trong những tác dụng được phát hiện và ứng dụng sớm nhất của dòng điện. Đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang hay những sản phẩm đèn chiếu sáng hiện đại được ra mắt sau đó là những minh chứng cho tác dụng này. 3. Tác dụng sinh lý.Thực tế việc tiếp xúc với dòng điện trong quá trình sử dụng tiềm ẩn khá nhiều nguy hiểm cho người dùng. Tuy nhiên bằng việc tiếp xúc đúng cách, việc đưa dòng điện qua cơ thể người và động vật giúp ích rất nhiều cho quá trình phát triển của nền y học cũng như việc chữa trị các căn bệnh nguy hiểm. 4. Tác dụng từ.Bên cạnh khả năng chiếu sáng, tỏa nhiệt và sinh lý, tác dụng từ cũng đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Bằng việc đưa dòng điện tác động nên các nam châm được đặt gần đó tạo thành lực từ lớn phù hợp với nhu cầu sử dụng. Bếp điện từ hay một số phương pháp trị liệu được xem là những thành tựu của việc áp dụng tác dụng từ trong việc cải tiến chất lượng cuộc sống của chính chúng ta. 5. Tác dụng hóa học.Khi được sử dụng tại các phòng thí nghiệm trong lĩnh vực hóa học, dòng điện được sử dụng như một phương pháp phân ly các ion âm và dương trong dung dịch. Đây cũng chính là cơ sở của việc mạ điện đang được áp dụng khá phổ biến hiện nay.
III. Các nguy hại từ dòng điện.Có thể nói dòng điện đi qua cơ thể con người phần lớn đều không tốt. Các mối nguy hiểm sẽ phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua cơ thể chúng ta. Dòng điện trực tiếp nguy hiểm hơn dòng điện xoay chiều. Trong dòng điện xoay chiều, cường độ của dòng điện trở nên cao và thấp trong khoản thời gian đều đặn. Với dòng điện trực tiếp thì cường độ vẫn giữ nguyên. Khi cơ thể người bị sốc, dòng điện vào và ra cơ thể theo thời gian đều đặn; trong khi dong điện trực tiếp ảnh hưởng đến cơ thể liên tục. Bạn có thể tham khảo một số số liệu mà các nhà nghiên cứu đã thu thập được trong quá trình thực nghiệm. * Các triệu chứng khi bị điện giật.
Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về điện hay dòng điện. Đến đây chắc chắn bạn đọc đã phần nào hiểu được bản chất của hiện tượng vật lý này rồi phải không nào. Đây là những ý kiến của cá nhân. Mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đóng góp chia sẻ của bạn đọc để bài viết có thể hoàn thiện hơn. Nguồn: vannhapkhau.net |
