Dòng điện là gì ? Trong bài viết này mình xin chia sẻ đến các bạn các kiến thức cũng như các thông tin liên quan đến dòng điện. Đây sẽ là những thông tin cần thiết dành cho các bạn học sinh sinh viên, hay các bạn đã đi làm nhưng vẫn muốn tìm hiểu. Bài viết được mình chia sẻ dựa trên các kiến thức mà mình biết được cũng như thu thập được từ các trang mạng. Vì là kiến thức cá nhân nên sẽ không tránh khỏi sai sót, rất mong các bạn có thể thông cảm cũng như góp ý để bài viết được hay hơn và chính xác hơn. Và giờ chúng ta cùng nhau vào chủ đề chính nhé.
Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn !
Tóm tắt bài viết [hide]
- 1 Nguồn gốc của điện hay dòng điện:
- 2 Dòng điện là gì ?
- 3 Cường độ dòng điện là gì ?
- 4 Định luật Ohm:
- 5 Dòng điện trong các môi trường:
- 5.1 Dòng điện trong kim loại:
- 5.1.1 Hiện tượng nhiệt điện:
- 5.1.2 Điện trở của dây dẫn kim loại:
- 5.3.1 Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá:
- 5.3.2 Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
- 6 Dòng điện một chiều:
- 6.1 Một số đặc điểm của điện một chiều:
- 9.1 Các triệu chứng khi bị điện giật:
- 9.2 Điều kiện tiếp xúc quyết định điện trở:
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 phát triển của các ngành công nghiệp năng lượng, trong đó có cả ngành công nghiệp điện. Và từ đây dòng điện bắt đầu được khai thác và ứng dụng sâu vào trong đời sống và sản xuất của chúng ta đến tận bây giờ. Chính vì dòng điện có khá nhiều tính linh hoạt nên cho phép con người có thể áp dụng chúng trong hầu hết các lĩnh vực đời sống từ ẩm thực, giao thông, kinh tế, xây dựng, giáo dục,…Và hơn thế nữa ngành công nghiệp năng lượng hiện nay dường như là ngành xương sống cho một thế giới hiện đại.
Dòng điện là gì ?
Có thể nói dòng điện là các dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện thường là các electron. Trong các mạch điện mà chúng ta đang sử dụng hiện nay thì cũng được xem là dòng điện. Vì chúng cũng là dòng electron di chuyển và có hướng theo dây dẫn mà đi qua các thiết bị tiêu thụ điện để phục vụ nhu cầu của con người. Dòng điện thường được các nhà khoa học quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Khi đó trong mạch điện có dây dẫn kim loại, electron là các 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 các loại vật liệu dẫn, các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện được gọi là các hạt mang điện. Trong vật liệu kim loại, chất dẫn điện phổ biến nhất là 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.
Cường độ dòng điện là gì ?
Nhắc tới dòng điện chúng ta sẽ có thêm khái niệm cường độ dòng điện. Cường độ của dòng điện khi chạy qua một bề mặt sẽ được định nghĩa là lượng điện tích đi qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong quá trình học môn Vật Lý từ trung học ta đã biết cường độ dòng điện có ký hiệu là chữ I, và chúng ta có công thức tính là:
Chúng ta cũng có công thức về cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian. Nó được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian mà 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 các thiết bị điện hay các ứng dụng liên quan đến dòng điện hiện nay đều dùng đến định luật Ohm. Thậm chí trong giáo dục ở các bộ môn Vật Lý cũng có đề cập đến định luật này. Nó được mô tả là sự thay đổi của cường độ dòng điện thông 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 chúng ta sẽ tìm hiểu về các kiến thức của dòng điện trong từng môi trường cụ thể. Các môi trường bao gồm kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không và chất bán dẫn. Cụ thể như thế nào thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu tiếp nhé.
Dòng điện trong kim loại:
Từ lâu chúng ta đã biết thì kim loại được xem như một vật liệu dẫn điện được dùng rất phổ biến trong việc dẫn điện. Chúng ta có thể thấy chúng trong hầu hết các loại dây điện hiện nay như bạc, đồng, vàng, chì,…Và bản chất thì dòng điện chạy trong vật liệu kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
Hiện tượng nhiệt điện:
nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì chuyển 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 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 ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ. Ứng dụng này chúng ta có thể thường thấy nhất trong các loại cảm biến nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ,…
Điện trở của dây dẫn kim loại:
Điện trở là một yếu tố cản trở dòng điện trong kim loại. Bên cạnh định luật ôm thì chúng còn được thể hiện thông 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 kim loại còn được thể hiện thông 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 chuyển 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 có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng 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 định thông 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 các tác nhân ion hoá. Nhờ có 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 có thể kết 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 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 không tự lực của chất khí
Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa môt ả 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.
Dòng điện một chiều:
Nói về khái niệm một chiều thì các bạn có thể hiểu như sau. Dòng điện một chiều một là dòng chuyển dời các điện tích theo một hướng nhất định và không thay đổi trong suốt quá trình truyền. Dòng điện một chiều thường được viết tắt là 1C, hoặc theo tiếng anh chúng ta có dạng viết tắt là DC. Nghĩa là “Direct Current“
Ngoài ra chúng ta còn 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 thay đổi trong quá 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, năng lượng mặt trời hay các loại ác, máy phát điện,…
Dòng điện xoay chiều:
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ thay đổi liên tục theo thời gian. Thông thường sự thay đổi của dòng điện trong quá trình truyền sẽ có tính chu kì theo biên dạng hình sin. Chúng thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc là được biến đổi 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 vấn đề này mình không cần đề cập thì các bạn cũng có thể hình dung ra được đúng không nào. Để thế giới có thể phát triển về khoa học – kỹ thuật hay các lĩnh vực khác thì điện dường như đóng vai trò chủ đạo. Cũng giống như là vai trò của nước đối với sự sống thì điện có vai trò trong việc phát triển một thế giới mới của thời đại 4.0.
Tuy nhiên mình cũng xin chia sẻ thêm về các lợi ích ít được biết đến của dòng điện để các bạn có thể tham khảo. Cụ thể là với lượng điện cần thiết để có thể mang lại mặt tốt cho con người, chúng ta hoàn toàn có thể dùng chúng cho việc chữa bệnh. Dòng điện có các tác dụng sinh lý như:
- Chúng có khả năng làm giảm các ngưỡng kích thích của các sợi cơ trong cơ thể chúng ta.
- Làm giảm tính đáp ứng của các 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 khả năng dinh dưỡng của một số vùng có dòng điện chạy qua.
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. Ứng với từng mức cường độ cụ thể mà sẽ xảy ra các hiện tượng và hệ lụy khác nhau. Tuy nhiên các 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:
- 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 cơ thể chúng ta một cách toàn diện. Chúng sẽ phụ thuộc vào mức điện trở của cơ thể cũng như vào cách thức mà chúng ta tiếp xúc với nguồn điện. Và các bạn cũng có thể suy ra từ định luật Ohm để có thể giải thích cho hiện tượng 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 hoàn toàn chính xác theo thang đo trên 100%. Điện trở sẽ phụ thuộc vào từng người, độ tuổi, giới tính, chiều cao, cân nặng,…
Trên đây là các thông tin và các kiến thức liên quan đến dòng điện. Hy vọng sẽ có ích cho các bạn trong quá trình tìm hiểu và muốn trang bị. Ngoài ra bên mình còn cung cấp các dòng sản phẩm thiết bị đo lường và chuyển đổi dòng điện các bạn có thể tham khảo thêm.
