Dòng điện là gì? Quy ước chiều dòng điện | Myphamthucuc.vn

Có thể ngày nay chúng ta dùng khá nhiều các thiết bị liên quan đến điện hay năng lượng điện. Tuy nhiên không phải ai cũng có thể biết được nguồn gốc của dòng điện đâu nhé. Vậy dòng điện là gì, nó từ đâu ra, quy ước chiều dòng diện như thế nào

Dòng điện là gì ?

Định nghĩa dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Trong một mạch điện, dòng điện được tạo ra từ sự di chuyển của các hạt electron dọc theo chiều dài dây dẫn. Bên cạnh đó thì các hạt mang điện cũng có thể là ion hay chất điện ly nữa đấy. 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.

Dòng điện thường được ký hiệu bằng ký hiệu I. Định luật Ohm, liên quan đến dòng điện chạy qua một dây dẫn đến điện áp V và điện trở R; đó là, V = IR. Một tuyên bố khác của luật Ohm, là I = V / R.

Nguồn gốc của dòng điện

Có thể ngày nay chúng ta dùng khá nhiều các thiết bị liên quan đến điện hay năng lượng điện. Tuy nhiên không phải ai cũng có thể biết được nguồn gốc của dòng điện đâu nhé. Chắc hẳn chúng ta không tìm hiểu nhiều thì sẽ nghĩ rằng đã có một nhà khoa học nào đó đã tạo ra được dòng điện theo một cách nào đó. Tuy nhiên không phải như vậy, thực tế thì dòng điện chúng có nguồn gốc từ rất lâu vào lúc con người chưa xuất hiện. Chúng được hình hình dưới dạng các tia sét do các đám mây tích điện trái dấu phóng xuống mặt đất. Và dĩ nhiên tất cả những gì chúng ta có được ngày nay chỉ là việc phát kiến cũng như tạo ra các cách thức khác nhau về cách sử dụng dòng điện mà thôi.

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.

Cường độ dòng điện là gì?

Sau khi nắm được khái niệm dòng điện, chúng ta cũng cần biết một khái niệm liên quan, chính là cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện là chỉ số cho biết độ mạnh yếu của một dòng điện, được đo bằng Ampe kế. Mỗi một nguồn điện sẽ có một cường độ dòng điện khác nhau. Đơn vị là Ampe (kí hiệu: A).

Theo công thức tính cường độ dòng điện thì:

I = Q/t = (q₁ + q₂ + q₃ + …+ q_n)/t

Công thức tính cường độ dòng điện trung bình:

I_tb = ΔQ/Δt

Trong đó:

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

Với Ampe kế là một dụng cụ chuyên dụng để đo độ lớn cường độ dòng điện, chỉ số của ampe kế càng lớn thì dòng điện càng mạnh và ngược lại.

Ampe kế tính cường độ dòng điện.

Quy ước chiều của dòng điện

Quy ước về chiều dòng điện là chiều từ cực dương đi qua dây dẫn và các dụng cụ điện tới cực âm của nguồn điện.

Theo định nghĩa dòng điện là dòng dịch chuyển của các hạt mang điện tích, chúng ta sẽ xác định được cực dương và cực âm theo chiều của chúng. Có quy ước rằng: Hướng hiện tại là theo nơi mà một điện tích dương sẽ di chuyển, chứ không phải là một điện tích âm.

Vì vậy, nếu các electron thực hiện chuyển động thực tế trong một tế bào theo một chiều nhất định, thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Dòng điện chạy ngược chiều với các hạt mang điện tích âm, chẳng hạn như electron trong kim loại. Dòng điện chạy cùng chiều với chất mang điện tích dương, ví dụ, khi các ion dương hoặc proton mang điện tích.

Dòng điện trong dây dẫn có thể dị chuyển theo chiều bất kỳ, khi có 1 dòng điện I trong mạch, chiều dòng điện quy ước cần được đánh dấu, thường bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện. Đó gọi là hướng tham chiếu của dòng điện I, nếu dòng điện di chuyển ngược hướng tham chiếu, khi đó I có giá trị âm.

Có 2 loại dòng điện là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều.

Dòng điện một chiều (DC) là gì?

Dòng điện một chiều hay còn gọi là dòng điện trực tiếp thường được viết tắt là 1C, hoặc theo tiếng anh ta có dạng viết tắt là DC. Nghĩa là “Direct Current“.

Dòng điện một chiều là dòng chuyển dời các điện tích theo một hướng nhất định và không thay đổi trong suốt quá trình.

Độ lớn của dòng điện một chiều luôn không đổi và tần số của dòng điện bằng 0. Dòng điện một chiều  được sử dụng trong điện thoại di động, xe điện, thiết bị điện tử,vv.

Ngoài ra chúng ta còn có khái niệm điện áp một chiều. Là hiệu điện thế giữa 2 cực dòng điện một chiều, giá trị thường là 5VDC, 12VDC, 24VDC.

Nguồn của dòng điện một chiều gồm nguồn điện, pin điện hóa học và pin quang điện. Pin và các nguồn khác của dòng điện một chiều tạo ra điện áp không đổi. Điều này được gọi là dòng điện một chiều thuần và được biểu thị bằng một đường thẳng, nằm ngang trên biểu đồ điện áp theo thời gian.

Dòng điện xoay chiều (AC) là gì?

Dòng điện xoay chiều là dòng điện thay đổi hướng của nó theo chu kỳ

Ký hiệu dòng điện xoay chiều là AC theo tiếng anh (nghĩa là Alternating Current).

Sự thay đổi của dòng điện trong quá trình truyền có tính chu kì theo dạng hình sin. Độ lớn thay đổi theo thời gian, electron tự do di chuyển theo 2 hướng. Dòng xoay chiều biến đổi từ giá trị cao sang giá trị thấp nhờ có máy biến áp. Vì thế, nó chủ yếu được dùng để truyền tải và phân phối.

Trong khi dòng điện DC chạy theo một hướng thông qua dây dẫn thì điện AC xoay chiều theo hướng chuyển động qua lại. Hướng thay đổi giữa 50 và 60 lần mỗi giây, tùy vào hệ thống điện của mỗi quốc gia.

Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc là được biến đổi từ nguồn điện một chiều.

Điện xoay chiều đặc biệt ở chỗ là điện áp có thể dễ dàng thay đổi, nên nó phù hợp hơn cho việc truyền tải đường dài hơn so với điện một chiều.

Dòng điện có những đặc điểm, tính chất gì?

Trong các môi trường khác nhau, các hạt mang điện sẽ có cấu tạo tương ứng khác nhau tạo nên bản chất khác nhau của dòng điện trong các môi trường.

Dòng điện trong kim loại

Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường.

Dòng điện trong kim loại

Hiện tượng siêu dẫn: Là hiện tượng điện trở suất của vật dẫn điện giảm đột ngột xuống 0 khi khi nhiệt độ của vật dẫn giảm xuống thấp hơn một giá trị Tc nhất định. Giá trị Tc này phụ thuộc vào bản thân vật dẫn

=> Như vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

Dòng điện trong chất điện phân

Trong dung dịch, các muối, axit, bazơ bị phân li thành các ion.

Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường theo 2 hướng ngược nhau.

Hiện tượng dương cực tan: là khi gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo ra  chất điện phân tan trong dung dịch, cực dương bị mòn đi

=> Như vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương(+) và ion âm(-) chuyển động có hướng theo 2 chiều ngược nhau. Tới điện cực chỉ có e đi tiếp, lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây hiện tượng điện phân.

Dòng điện trong chất khí

Trong điều kiện thường, chất khí không dẫn điện. Nó chỉ dẫn điện khi trong nó có sự ion hóa các phân tử.

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dịch có hướng của các ion dương(+), ion âm(-) và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.

Khi dùng nguồn điện có hiệu điện thế lớn thì xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.

Quá trình phóng điện tự lực là sự duy trì quá trình phóng điện khi không còn tác nhân ion hóa chất khí từ bên ngoài

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực tạo thành dòng điện qua chất khí và giữ được nhiệt độ cao của catod để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

=> 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 electron ngược chiều điện trường. Các hạt mang điện này sinh ra do chất khí bị ion hoá. Đó gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực.

Dòng điện trong chân không

Diot chân không cho dòng điện đi qua chỉ theo một chiều, đó gọi là đặc tính chỉnh lưu.

Dòng electron tăng tốc và đổi hướng nhờ điện trường và từ trường. Nó được ứng dụng trong đèn hình tia catot (CRT).

=> 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 là Chân không là môi trường không có vật chất, năng lượng.

Dòng điện trong chất bán dẫn

Một vài chất ở phân nhóm chính nhóm 4 như Si, Ge trong điều kiện khác nhau có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện, gọi là chất bán dẫn

Bán dẫn dẫn điện hằng 2 loại hạt tải là lỗ trống và electron

Ở chất bán dẫn tinh khiết, lượng electron bằng lượng lỗ trống. Ở chất bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron. Ở chất bán dẫn loại n, mật độ electron lớn hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

Lớp tiếp xúc n – p cho phép dòng điện đi theo một chiều từ p sang n, đó gọi là đặc tính chỉnh lưu được dùng để chế tạo diot bán dẫn. Bán dẫn còn ứng dụng để chế tạo transistor có đặc tính khuếch đại dòng điện.

Nguyên tử Si là một 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.

Tác dụng của dòng điện

Có 4 tính chất chính của dòng điện đó là:

• Tác dụng nhiệt (làm nóng) của dòng điện

Khi dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ làm tăng nhiệt độ của dây dẫn được gọi là hiệu ứng làm nóng của dòng điện.

Một số thiết bị hoạt động dựa trên hiệu ứng làm nóng của dòng điện như bàn là, bóng đèn, máy nước nóng,…

Bàn là sử dụng tính chất làm nóng của dòng diện

• Tác dụng làm phát sáng của dòng điện

Dòng điện chạy qua bóng đèn làm dây tóc nóng lên đạt nhiệt độ cao→ làm bóng đèn phát sáng

Bóng đèn dây tóc phát sáng nhờ tác dụng phát sáng của dòng điện

• Tác dụng từ của dòng điện

Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn, đó gọi là hiệu ứng từ của dòng điện.

Một số thiết bị hoạt động trên hoạt động của dòng điện hiệu ứng từ như động cơ điện, nam châm điện,…

Nam châm điện hoạt động trên tác dụng từ của dòng điện

• Tác dụng hóa học của dòng điện

Trong thí nghiệm với dung dịch muối đồng sunfat, hiện tượng đồng bị tách khỏi dung dịch muối đồng khi có dòng điện đi qua chứng minh dòng điện có tác dụng hóa học.

Thí nghiệm tách đồng trong dung dịch muối đồng sunfat với dòng điện