Dòng điện. Mạch điện

I. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN.

 1. Thí nghiệm.

a. Thí nghiệm 1

- Chuẩn bị:

 + Ampe kế.

 + Biến trở.

 + Điện trở bảo vệ R₀.

 + Bóng đèn.

 + Nguồn điện.

 + Dây nối.

 + Khóa K.

 + Nam châm điện.

 + Một số ghim giấy bằng sắt.

- Tiến hành

 + Bố trí thí nghiệm như hình 22.1a.

 + Đóng khóa K, dịch chuyển con chạy của biến trở R_bt để số chỉ ampe kế tăng dần.

b. Thí nghiệm 2

- Thay đèn Đ bằng một nam châm điện N (hình 22.1b).

- Đóng khóa K, quan sát số lượng ghim giấy bằng sắt mà nam châm hút được.

- Đóng khóa K, điều chỉnh biến trở để số chỉ ampe kế chỉ giá trị lớn hơn giá trị ban đầu, quan sát số lượng ghim giấy bằng sắt mà nam châm hút được. So sánh với số lượng ghim giấy bằng sắt mà nam châm điện hút được trong hai trường hợp.

 2. Công thức tính cường độ dòng điện.

- Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là độ lớn của điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong một đơn vị thời gian, càng lớn thì dòng điện chạy qua càng mạnh.

- Cường độ dòng điện được xác định bằng công thức:

\(I=\frac{\Delta q}{\Delta t}\)

Trong đó:

 I là cường độ dòng điện, đơn vị là Ampe (A)

 Δq là điện lượng, đơn vị là Coulomb (C)

 Δt là thời gian, đơn vị là giây (s)

- Từ công thức cường độ dòng điện, ta thu được Δq=IΔt. Hay nói cách khác:

\(1C=1A.1s\)

1 Coulomb là tổng điện lượng của các hạt mang điện chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1s bởi dòng điện có cường độ 1A.

II. LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VỚI MẬT ĐỘ VÀ TỐC ĐỘ CỦA CÁC HẠT MANG ĐIỆN.

 1. Dòng điện chạy trong dây dẫn kim loại.

- Ở điều kiện thường, các electron tự do trong kim loại chuyển động theo mọi hướng. Khi dây dẫn được nối với nguồn điện thì trong dây dẫn xuất hiện điện trường. Dưới tác dụng của lực điện trường, các electron chuyển động có hướng ngược với hướng của điện trường, tạo ra dòng điện.

- Người ta qui ước: chiều dòng điện là chiều từ cực dương sang cực âm của nguồn điện, ngược với chiều chuyển động của các electron.

 2. Biểu thức liên hệ giữa cường độ dòng điện với mật độ và tốc độ của các hạt mang điện.

- Nếu gọi:

 + S: diện tích tiết diện thẳng của dây dẫn.

 + n: mật độ hạt mang điện (số electron tự do trong một đơn vị thể tích của dây dẫn).

 + v: tốc độ dịch chuyển có hướng của electron.

 + e: độ lớn điện tích của electron.

- Thì số electron chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian Δt là:

\(N = nSv\Delta t\)

- Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn là: Δq = N e = Snve.Δt.

\(\Delta q =Ne= Snve\Delta t\)

- Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại được tính bằng công thức:

\(I=\frac{\Delta q}{\Delta t} = Snve\)

 3. Bài tập vận dụng.

---

I. ĐIỆN TRỞ.

 1. Thí nghiệm.

- Chuẩn bị:

 + Ampe kế.

 + Vôn kế.

 + Nguồn điện có thể điều chình thay đổi hiệu điện thế.

 + Hai vật dẫn X và Y khác nhau.

 + Dây nối.

 + Khóa K.

- Tiến hành

 + Bố trí thí nghiệm như hình 23.1.

 + Đóng khóa K, điều chỉnh hiệu điện thế của nguồn ta thu được các giá trị của cường độ dòng điện I₁ chạy qua vật dẫn X. Ghi kết quả vào bảng 23.1.

 + Thay vật dẫn Y vào vị trí của vật dẫn X và lập lại thí nghiệm, ta thu được các giá trị của cường độ dòng điện I₂ chạy qua vật dẫn Y. Ghi kết quả vào bảng 23.1.

Bảng 23.1.

	Vật dẫn X	Vật dẫn Y
U (V)	I1 (mA)	I2 (mA)
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?
?	?	?

 2. Định nghĩa điện trở.

- Ứng với mỗi vật dẫn thì tỉ số U/I là một hằng số.

- Kí hiệu hằng số trên là R và I = U/R. Biểu thức này cho thấy vật dẫn càng cản trở sự dịch chuyển của các điện tích thì R càng lớn và cường độ dòng điện I càng nhỏ. R là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở dòng điện của vật dẫn và được gọi là điện trở.

- Điện trở của dây dẫn kí hiệu là R và đo bằng Ohm, kí hiệu là Ω.

\(1\Omega = \frac{1V}{1A}\)

- Một số bội số của ohm: 1 ΚΩ = 1.000 Ω và 1 ΜΩ = 1.000 ΚΩ = 1.000.000 Ω.

 3. Đường đặc trưng Vôn-Ampe.

- Đường đặc trưng vôn - ampe là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa hiệu điện thế đặt vào và dòng điện chạy qua linh kiện.

- Bảng 23.2 là kết quả thí nghiệm cho hai điện trở R1 và R2. Từ bảng số liệu, ta vẽ được đường đặc trưng vốn - ampe của R₁ và R₂ như Hình 23.2.

	Vật dẫn X	Vật dẫn Y
U (V)	I1 (mA)	I2 (mA)
0	0	0
1	0,43	0,21
2	0,86	0,43
3	1,3	0,65
4	1,73	0,87
5	2,17	1,09
6	2,6	1,31
7	3,03	1,53
8	3,45	1,75

- Ta thấy đường đặc trưng vốn - ampe của một điện trở là hàm bậc nhất xuất phát từ gốc toạ độ và có công thức I = kU, với:

\(k = \frac{1}{R}\)

gọi là độ dẫn điện.

- Trong trường hợp đơn giản nhất là đặc trưng vôn - ampe của một điện trở R, đường đặc trưng là đường thẳng đi qua gốc toạ độ, có độ dốc càng lớn khi R càng nhỏ (Hình 23.3).

II. ĐỊNH LUẬT OHM.

Định luật Ohm: cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn kim loại tỉ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn và tỉ lệ nghịch với điện trở của vật dẫn.

\(I = \frac{U}{R}\)

trong đó:

 + I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn, đơn vị là Ampe (A).

 + U là hiệu điện thế hai đầu vật dẫn, đơn vị là Volt (V).

 + R là điện trở của vật dẫn, đơn vị là Ohm (Ω).

III. NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐIỆN TRỞ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN ĐIỆN TRỞ.

 1. Nguyên nhân gây ra điện trở trong vật dẫn kim loại.

- Trong kim loại, electron hoá trị bị mất và thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau để tạo thành mạng tinh thể kim loại.

- Nhiệt độ cao gây dao động nhiệt mạnh, phá vỡ trật tự của mạng tinh thể.

- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, gây ra điện trở của kim loại (Hình 23.4).

 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở.

 a) Điện trở của đèn sợi đốt

- Dòng điện chạy qua điện trở làm nóng nó. Hiệu ứng đốt nóng xảy ra khi electron va chạm với các nguyên tử, làm dao động nhanh hơn và tạo ra nhiệt độ cao hơn.

- Dòng điện chạy qua dây tóc của bóng đèn sinh nhiệt, làm dây tóc nóng lên và thay đổi điện trở. Khi U/I tăng, đường đặc trưng bắt đầu cong, cho thấy điện trở tăng lên.

- Điện trở của dây tóc bóng đèn phụ thuộc vào nhiệt độ và được xác định bởi đường đặc trưng vôn-ampe (Hình 23.5).

 b) Điện trở nhiệt

- Điện trở nhiệt (thermistor) là linh kiện có điện trở thay đổi một cách rõ rệt theo nhiệt độ. Điện trở nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật điện tử, làm cảm biến nhiệt (Hình 23.6).

- Để khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt điện trở NTC (Negative Temperature Confficent) vào nhiệt độ người ta làm thí nghiệm như sau:

 + Bố trí thí nghiệm như Hình 23.7.

 + Đặt nhiệt điện trở vào giữa bình, đặt nhiệt kế vào trong bình, cạnh nhiệt điện trở.

 + Đổ nước mát vào bình cách nhiệt. Sau khoảng 2 phút, đo nhiệt độ của nước và điện trở của nhiệt điện trở.

 + Tăng nhiệt độ của nước trong bình bằng cách thêm từ từ nước sôi vào nước trong bình. Chờ nhiệt độ của nước trong bình ổn định. Đo nhiệt độ của nước và điện trở của nhiệt điện trở.

 + Lặp lại thao tác để đo nhiệt độ và điện trở của nhiệt điện trở ở các nhiệt độ khác.

 + Kết quả thí nghiệm thu được như trong Bảng 23.3.

Nhiệt độ (0C)	Điện trở (Ω)
5	121951,2
9	99206,3
15	73529,4
19	60532,7
26	43478,3
32	33333,3
37	26595,7
41	22522,5
49	16077,2
53	13661,2
58	11160,7
62	9542,0
68	7564,3
74	6016,8
80	4807,7

- Ngoài nhiệt điện trở NTC, trong thực tế còn có loại nhiệt điện trở PTC (Positive Temperature Coefficient). Điện trở của nhiệt điện trở PTC tăng khi nhiệt độ tăng. Điện trở nhiệt là linh kiện có điện trở thay đổi theo nhiệt độ, được sử dụng làm cảm biến nhiệt trong kĩ thuật điện tử (Hình 23.6).

---

I. NGUỒN ĐIỆN. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN.

 1. Điều kiện để duy trì dòng điện.

 2. Nguồn điện.

 3. Suất điện động của nguồn điện.

II. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA NGUỒN ĐIỆN LÊN HIỆU ĐIỆN THẾ GIỮA HAI CỰC CỦA NGUỒN.

 1. Điện trở trong của nguồn.

 2. Ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

 3. Bài tập luyện tập.

---

I. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN.

II. CÔNG SUẤT ĐIỆN.

III. BÀI TẬP.

 1. Bài tập ví dụ.

 2. Bài tập.

---

I. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM.

II. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM.

III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM.

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.

---