CHỦ ĐỀ 4. DÒNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỆN

BÀI 1. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN

MỞ ĐẦU

Muốn truyền năng lượng điện từ nơi này đến nơi khác người ta dùng dây dẫn để truyền dòng diện. Với một đường dây dẫn iện, năng lượng điện truyền trên dây càng lớn, dòng diện chạy trong dây càng mạnh. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Trả lời:

Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng Cường độ dòng điện

I. CHUYỂN ĐỘNG CÓ HƯỚNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN

CH 1. Các hạt mang điện trong kim loại có đặc điểm gì?

Trả lời:

Các hạt mang điện trong kim loại hoá trị đã bị bay ra khỏi tinh thể. Mật độ của các electron tự do trong kim loại rất cao nên kim loại có tính dẫn điện rất tốt. Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do.

CH 2. Tại sao các electron trong dây dẫn kim loại chuyển động có hướng khi nối dậy dẫn với nguồn điện? So sánh chiều chuyển động thành dòng của các electron trong kim loại với chiều dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn.

Trả lời:

Khi một dây dẫn kim loại được nối với nguồn điện, điện áp từ nguồn sẽ gây ra sự di chuyển của các electron tự do trong kim loại. Điện áp tác động lên các electron, tạo ra một lực điện trường, và các electron sẽ chuyển động theo hướng của lực điện trường này. Các electron trong kim loại chuyển động có hướng vì chúng di chuyển từ một vị trí có năng lượng cao (nơi electron được đẩy đi bởi điện áp) đến một vị trí có năng lượng thấp hơn (nơi mà electron không còn bị tác động bởi điện áp). Do đó, các electron trong kim loại chuyển động theo hướng từ điện tích cao đến điện tích thấp.

Chiều dòng điện trong dây dẫn được quy ước là theo hướng ngược lại với chiều di chuyển của các electron. Điều này là do lịch sử, khi người ta bắt đầu nghiên cứu dòng điện, họ không biết rằng các electron là các điện tích âm và chúng di chuyển theo hướng ngược lại so với chiều dòng điện. Khi người ta đã tìm ra rằng các electron là các điện tích âm và chúng di chuyển theo hướng ngược lại so với chiều dòng điện, quy ước chiều dòng điện đã được giữ nguyên để tránh sự rối mắt khi thực hiện các phép đo và tính toán.

CH 3. Tại sao các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau?

Trả lời:

Các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau trong một dung dịch do sự tương tác giữa các lực điện và các tương tác giữa ion và phân tử dung dịch xung quanh, các ion mang điện tích trái dấu sẽ tương tác với nhau bởi lực Coulomb, là lực hút hoặc đẩy giữa các điện tích đối lập. ác phân tử trong dung dịch có tính chất phân cực, chúng có thể tạo ra các lực hút hoặc đẩy giữa chúng và các ion. Khi một ion dương di chuyển trong dung dịch, các phân tử có phân cực âm sẽ bị thu hút và di chuyển theo hướng ngược lại, trong khi các phân tử có phân cực dương sẽ bị đẩy ra khỏi vị trí ban đầu.

Như vậy, các ion mang điện tích trái dấu sẽ chuyển động ngược chiều nhau trong dung dịch do sự tương tác giữa các lực C

CH 4. Dòng điện có thể chạy qua nước sông, nước máy không? Tại sao?

Trả lời:

Dòng điện có thể chạy qua nước sông, nước máy nhưng tùy thuộc vào đặc tính của nước và điện áp áp dụng lên nước.

Nước là một chất lỏng tốt dẫn điện nhưng độ dẫn điện của nước khá thấp. Điều này có nghĩa là nước có thể dẫn điện nhưng cần một điện áp khá lớn để tạo ra dòng điện thông qua nước. Nếu áp suất điện đủ lớn được áp dụng vào nước, các ion trong nước sẽ bị phân cực và di chuyển theo hướng của trường điện, tạo ra dòng điện trong nước.

II. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN

LT 1. Kể tên một số thiết bị điện. Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng nào của dòng điện? Thiết bị này hoạt động mạnh khi nào?

Trả lời:

Một số thiết bị điện thông dụng bao gồm:

Bóng đèn: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện làm nóng sợi dây kim loại trong bóng đèn, tạo ra ánh sáng.

Quạt: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để tạo ra từ trường, kéo quạt quay.

Tivi: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để kích hoạt các điểm ảnh trên màn hình, tạo ra hình ảnh và âm thanh.

Tủ lạnh: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để làm mát, tạo ra nhiệt độ lạnh để bảo quản thực phẩm.

LT 2. Nối hai đầu một đèn sợi đốt vào hai cực của một viên pin.

Chiều và cường độ dòng điện qua đèn có thay đổi theo thời gian không?

Cho biết trong 4 s có điện lượng 2 C chạy qua đèn. Xác định cường độ dòng điện chạy qua đèn.

Trả lời:

Khi nối đầu một đèn sợi đốt vào hai cực của một viên pin, đèn sẽ sáng lên và có dòng điện chạy qua nó. Cường độ dòng điện và chiều dòng điện qua đèn có thể thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào điều kiện kết nối và thuộc tính của đèn và pin.

Áp dụng công thức trên, ta có:

I = Q/t = 2/4 = 0,5

Vậy cường độ dòng điện chạy qua đèn là 0.5 A

LT 3. Dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim  loại có cường độ là 1 A. Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s

Trả lời:

Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn được tính bằng công thức:

I = Δq/Δt = n.e/Δt

Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s:

n = (I.Δt)/e = 1.1/(1,6.10⁻¹⁹) = 6,25.10¹⁸e

Vận dụng. Đoạn dây đồng có tiết diện thẳng 5.10⁻⁶m2, mật độ electron dẫn 8,5.10²⁸/m3 và đang có cường độ dòng điện 1 A chạy qua. Tính tốc độ dịch chuyển có hướng của electron trong đoạn dây này. Giải thích tại sao tốc độ dịch chuyển có hướng rất nhỏ của electron

Trả lời:

Tốc độ dịch chuyển của electron trong đoạn dây đồng có thể được tính bằng công thức:

v =  =  = 14,71.10⁻⁶(m/s)

Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron rất nhỏ vì mật độ các electron rất lớn, bên cạnh đó trong quá trình dịch chuyển sẽ gặp phải các hạt mang điện dương, chúng sẽ tương tác với nhau.