Bài 16: Dòng điện. Cường độ dòng điện

- Các hạt mang điện không chuyển động trong mạch điện với tốc độ cao.

- Trong dây dẫn kim loại, ở mọi vị trí trong dây đều có electron tự do nên khi bật công tắc đèn, các electron đồng loạt chịu tác dụng của điện trường làm chúng chuyển động có hướng và cho dù dây dẫn có thể rất dài thì hầu như bóng đèn đều sáng ngay lập tức. Đại lượng này được xác định bằng lượng điện tích dịch chuyển qua tiết diện thẳng S trong một đơn vị thời gian.

- Cường độ dòng điện làm ảnh hưởng đến độ sáng của bóng đèn.

Tham khảo:

* Mục đích:

Kiểm chứng tác dụng mạnh hay yếu của dòng diện.

* Dụng cụ:

– Pin (1), các dây nối (2) và khoá K (3).

– Biến trở (là điện trở có giá trị có thể thay đổi được) (4).

– Ampe kế (5).

– Bóng đèn sợi đốt (6).

* Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như sơ đồ trong Hình 16.3.

Bước 2: Đóng khoá K, điều chỉnh biến trở. Ứng với mỗi giá trị của biến trở, ghi nhận giá trị cường độ dòng điện được đo bởi ampe kế và nhận xét về độ sáng của bóng đèn.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm:

Nhận xét về mối liên hệ giữa độ sáng của đèn và số chỉ của ampe kế khi thay đổi giá trị của biến trở.

Tham khảo:

Ta có: \(I=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}\)vì cả Δq,Δt đều là đại lượng vô hướng nên cường độ dòng điện I là đại lượng vô hướng. Chúng ta thường nói đến chiều dòng điện, thực chất là chỉ chiều của dòng điện dọc theo dây dẫn, chứ không phải là chiều trong không gian.

Tham khảo:

Từ công thức \(I=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}\), ta thấy cường độ dòng điện được định nghĩa thông qua tỉ số giữa điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng và khoảng thời gian để thực hiện sự dịch chuyển đó.

Trong chương trình môn Khoa học tự nhiên 8, các em đã được học đơn vị của cường độ dòng điện trong hệ SI (A) đơn được chọn là đơn vị cơ bản, do đó đơn vị của điện tích (C) được định nghĩa lại như sau: 1 culông (1 C) là điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s khi có dòng điện không đổi cường độ 1 A chạy qua. 

1C= 1A.1s = 1As

Dòng điện 1 có cường độ dòng điện là:

\({I_1} = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = 1,{25.10^{19}}.1,{6.10^{ - 19}} = 2A\)

Dòng điện 2 có cường độ dòng điện là: \({I_2} = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = \frac{{150}}{{60}} = 2,5A\)

⇒ Dòng điện 2 có cường độ dòng điện lớn hơn.

Điện lượng cần tìm:

\(Q=I\cdot t=300000\cdot1m5=450000\left(C\right)\)

Vì các hạt tải điện chuyển động hỗn loạn, không tạo thành dòng, không theo một hướng nhất định.

Tham khảo:

Chính vì độ lớn vận tốc trôi (tốc độ trôi) có giá trị rất nhỏ nên dễ làm cho ta cảm thấy có sự mâu thuẫn với việc đèn sáng gần như “tức thì” ngay sau khi bật công tắc.

Điều này là do nhầm lẫn giữa tốc độ trôi của các electron và tốc độ lan truyền điện trường trong dây dẫn (cỡ tốc độ ánh sáng). Vì thế, ngay khi vừa bật công tắc thì tất cả các electron hầu như dịch chuyển cùng lúc.

Để dễ hiểu hơn, ta hình dung điều này tương tự như khi chúng ta mở van ống nước để tưới cây trong khi ống đang đầy nước, một sóng áp suất chạy dọc theo ống với tốc độ của âm trong nước nên khoảng thời gian "trễ" từ khi mở vòi đến khi có nước phun ra từ đầu ống chính là thời gian sóng âm truyền từ van đến đầu ống, trong khi tốc độ chảy của nước thì chậm hơn. Ta có thể kiểm chứng điều này dễ dàng bằng cách dùng ống trong suốt và nhuộm màu phần nước gần đầu van.

Ta có, chiều dòng điện trong ống phóng điện là từ cực dương sang cực âm của ống.

Cường độ dòng điện qua ống:

\(I=\dfrac{q}{t}=\dfrac{\left(n_e+n_p\right)e}{t}=0,672A\)

a) Vì cường độ dòng điện đi vào lớn hơn cường độ dòng điện đi ra khỏi quả cầu là 2 μA nên số electron của quả cầu giảm theo thời gian. 

b) Thời gian để quả cầu giảm một lượng 1 000 tỉ electron là:

\(t = \frac{{{n_e}.e}}{I} = \frac{{{{1000.10}^9}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{{{2.10}^{ - 6}}}} = 0,08s\)