Chắc hẳn chúng ta ai cũng đã ít nhiều nghe nói đến điện hay điện năng. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về hiện tượng vật lý này, đặc biệt là các bạn học vật lý. Để cung cấp thêm kiến thức nền tảng hoặc giúp các em học sinh trong quá trình học tập, hãy cùng chúng tôi thảo luận và chia sẻ về hiện tượng vật lý này qua bài viết dưới đây nhé!
Dòng điện là gì?
Nguồn gốc và sự phát triển của dòng điện Từ xa xưa, con người đã biết về điện thông qua các hiện tượng như sấm sét khi trời mưa. Nhưng phải đến thế kỷ 17, 18, lý thuyết về dòng điện mới hình thành và phát triển. Tuy nhiên, các lý thuyết này mới chỉ giải thích được các hiện tượng tự nhiên của dòng điện chứ chưa có ai thực sự vận dụng chúng vào các ứng dụng thực tế như bây giờ. Cho đến cuối thế kỷ 19, nhiều quốc gia sẽ có nhiều cách sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau được khai thác dưới dạng năng lượng điện, điều này sẽ làm cho việc sử dụng điện trở nên khó khăn và khó khăn hơn. Ngày nay, điện được tạo thành từ 3 nguồn năng lượng chính như:
Nguồn năng lượng đầu tiên phải kể đến là năng lượng mặt trời. Bởi vì ánh sáng mặt trời rất mạnh nên rất thuận tiện khi mọi người khai thác nó và sử dụng nó như năng lượng điện. Nguồn năng lượng thứ hai là năng lượng gió. Nó cũng là một loại năng lượng rất phổ biến, ngày nay chúng ta thấy rất nhiều trang trại gió có hình dạng của một chiếc cối xay gió lớn màu trắng với hơn hàng nghìn chiếc đang thu gió từ các tua-bin. Đây là cách thức hoạt động của tuabin và chúng liên tục quay để hấp thụ gió sau đó chuyển hóa thành năng lượng điện, bạn có thể gọi đúng là tuabin đóng vai trò là máy phát điện giúp điện năng sản sinh ra để cải thiện cuộc sống của con người. Nguồn năng lượng quan trọng thứ ba và được nhiều nước khai thác hiện nay là nguồn năng lượng từ thủy điện. Thường thì năng lượng này dựa vào những con đập lớn, nước chảy càng mạnh thì năng lượng điện được tạo ra càng nhiều và đây là điều mà ngành thủy điện ngày càng quan tâm vì các con đập ngày càng lão hóa hơn. sử dụng nước vừa để lấy nước cho sinh hoạt vừa để chuyển nước thành năng lượng điện. Trên đây là 3 trong số nhiều nguồn năng lượng có thể chuyển hóa thành điện năng đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người. Ngày nay, năng lượng điện được ứng dụng sâu rộng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội từ công nghiệp, xây dựng, dân dụng, giáo dục, giao thông vận tải… Và hiện nay ngành này được coi là ngành xương sống của thế giới hiện đại. Đến đây chắc hẳn bạn đã biết dòng điện hình thành từ đâu rồi phải không? Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu cách đưa ra khái niệm đầy đủ về dòng điện.
Khái niệm dòng điện
Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các hạt mang điện, thường là các electron, trong một môi trường như kim loại, chất điện phân, chất khí hoặc chất bán dẫn. Đó là số lượng electron đi qua một điểm nhất định trong một giây. Nói cách khác, nếu nhiều electron đi qua một điểm nhất định, dòng điện sẽ lớn hơn. Dòng điện được đo bằng ampe hoặc ampe. Chúng ta có thể hiểu một cách đại khái rằng dòng điện giống như dòng nước chảy qua một đường ống; Nước trong ống tượng trưng cho điện tích. Càng nhiều nước tích điện, điện áp càng giống với áp suất; càng nhiều nước, áp suất (độ căng) ở cuối đường ống càng cao. Hay chính xác hơn, trong các mạch điện mà chúng ta sử dụng ngày nay, nó cũng được coi là dòng điện. Vì chúng cũng chính là dòng electron chuyển động và có hướng của dây dẫn đi qua các thiết bị tiêu thụ điện để đáp ứng nhu cầu của con người. Dòng điện thường được các nhà khoa học định nghĩa là chuyển động có hướng của các điện tích dương. Vậy trong mạch điện có dây dẫn kim loại, êlectron là hạt mang điện, cường độ dòng điện chuyển dời bằng độ lớn cường độ dòng điện và ngược chiều dòng điện trong mạch. Nhưng ở những môi trường khác nhau, các hạt mang điện sẽ có cấu tạo tương ứng, không môi trường nào giống môi trường nào, từ đó tạo nên tính chất vốn có của dòng điện trong các môi trường mà chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu chi tiết dưới đây:
Dòng điện trong kim loại Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các êlectron ngược chiều điện trường. Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ: ρ = ρo[1 α(t – to)]. α: hệ số nhiệt điện trở (K−1)(K−1) ρo: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ t0
Suất điện động của cặp nhiệt điện: E = αT(T1 – T2). Trong đó T1 – T2 là chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh; αT là hệ số nhiệt động. Hiện tượng siêu dẫn: Hiện tượng trong đó điện trở suất của vật liệu đột ngột giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống dưới một giá trị Tc nhất định. Giá trị này phụ thuộc vào bản thân vật liệu. => Như vậy:
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường. Dòng điện trong chất điện phân Trong dung dịch axit, bazơ, muối phân li thành ion. Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển động có hướng của các ion trong điện trường ngược chiều nhau. Hiện tượng gốc axit trong dung dịch chất điện phân phản ứng với cực dương tạo thành chất điện ly hòa tan trong dung dịch và cực dương bị mòn gọi là cực dương hòa tan. Nội dung định luật Faraday: Định luật 1: Lượng chất thoát ra ở điện cực của một bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng đi qua bình. m = kq
Định luật 2: Đương lượng hóa học của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam AnAn của nguyên tố đó. Hệ số tỷ lệ là 1F1F trong đó F được gọi là số.
Faraday. k=1F.Ank=1F.An
Biểu thức kết hợp nội dung của hai định luật:
m=1F.An.Itm=1F.An.It
=> Như vậy:
Dòng điện trong chất điện phân là dòng các ion dương và âm chuyển động ngược chiều nhau. Các ion âm di chuyển về phía cực dương nên được gọi là anion. … Ở điện cực chỉ có các electron chuyển động tịnh tiến, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực gây ra hiện tượng điện phân. Dòng điện trong chất khí Ở điều kiện thường chất khí không dẫn điện. Một chất khí chỉ dẫn điện khi có sự ion hóa các phân tử bên trong. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển động có hướng của các ion dương, ion âm và electron do chất khí bị ion hóa sinh ra. Khi dùng nguồn điện để gây ra hiệu điện thế cao thì trong chất khí xuất hiện hạt nhân mang điện. Quá trình phóng điện tiếp tục được duy trì khi không còn tác nhân ion hóa khí từ bên ngoài gọi là quá trình phóng điện tự hành. Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự hành tạo thành dòng điện qua chất khí có khả năng duy trì nhiệt độ cao của cực âm để chất này phát ra các êlectron nhờ hiện tượng phát êlectron nhiệt. => Như vậy:
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển động có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt mang điện này được tạo ra bởi một loại khí bị ion hóa. – Quá trình dẫn điện khí vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự dưỡng. chạy trong khoảng trống Điốt chân không chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều, đây được gọi là đặc tính chỉnh lưu. Dòng điện tử được tăng tốc và chuyển hướng bởi điện trường và từ trường và được sử dụng trong đèn tia âm cực (CRT). => như thế này
Dòng điện trong chân không là dòng chuyển động của các êlectron từ cực âm sang cực dương dưới tác dụng của điện trường. Bản chất dòng điện trong chân không: Chân không tuyệt đối là môi trường không chứa vật chất và năng lượng. dòng điện trong chất bán dẫn Một số chất nhóm chính nhóm 4 như Si, Ge ở những điều kiện khác nhau có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện, gọi là chất bán dẫn. Chất bán dẫn dẫn điện bằng hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống. Trong chất bán dẫn tinh khiết, mật độ electron bằng mật độ lỗ trống. Trong chất bán dẫn loại p, mật độ lỗ trống lớn hơn nhiều so với mật độ electron. Trong chất bán dẫn loại n, mật độ electron lớn hơn nhiều so với mật độ lỗ trống. Điểm nối n-p có đặc điểm là cho phép dòng điện chạy theo chiều từ p đến n. Đây được gọi là đặc tính điều chỉnh. Tính chất này được sử dụng để chế tạo điốt bán dẫn. Chất bán dẫn còn được dùng để chế tạo tranzito có đặc tính khuếch đại dòng điện. => như thế này
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
