(Trang 90)
Xe điện là xu hướng phát triển trong tương lai. Pin là một trong những yếu tố quan trọng của tất cả các dòng xe điện. Khi pin được nạp đầy, xe có thể di chuyển được quãng đường hàng trăm kilômét, giúp bảo vệ môi trường, chi phí vận hành xe thấp và khả năng vận hành ổn định, giảm thiểu tiếng ồn.
Tại sao pin trong xe điện sau khi sạc lại có thể tạo ra dòng điện chạy khá lâu trong mạch kín?
| Nội dung • Cường độ dòng điện • Điện trở. Định luật Ohm • Nguồn điện • Năng lượng điện và công suất điện |
(Trang 91)
| Cường độ dòng điện là gì và đặc trưng cho tính chất nào của dòng điện? |
I. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
1. Thí nghiệmThí nghiệm 1. Chuẩn bị: – Ampe kế. – Biến trở. – Điện trở bảo vệ – Bóng đèn. – Nguồn điện. – Dây nối. – Khóa K. – Nam châm điện. – Một số ghim giấy bằng sắt. |
Hình 22.1. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát độ mạnh yếu của dòng điện |
Tiến hành:
Bố trí thí nghiệm như sơ đồ Hình 22.1a.
Đóng khoá K, dịch chuyển con chạy của biến trở 
để số chỉ của ampe kế tăng dần.
| 1. Hãy nhận xét về độ sáng của bóng đèn Đ khi số chỉ của ampe kế tăng dần. 2. Kết quả thí nghiệm trên cho thấy cường độ dòng điện đặc trưng cho tính chất nào của dòng điện? |
Thí nghiệm 2.
Thay đèn Đ bằng một nam châm điện N (Hình 22.1b).
| Tiến hành: – Đóng khoá K, quan sát số lượng ghim giấy bằng sắt mà nam châm hút được. – Đóng khoá 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. | 1. Hãy nhận xét về số ghim giấy mà nam châm hút được khi chỉ số của ampe kế tăng. 2. Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ dòng điện đặc trưng cho tính chất nào của dòng điện? |
(Trang 92)
2. Công thức tính cường độ dòng điện
| Lượng điện tích (điện lượng) chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong một đơn vị thời gian càng lớn thì dòng điện chạy qua dây dẫn càng mạnh (Hình 22.2). Trong Vật lí, người ta gọi độ lớn của điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của một dây dẫn trong một đơn vị thời gian là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, được xác định bằng công thức:
Trong công thức trên, đơn vị của cường độ dòng điện là ampe (kí hiệu là A), của điện lượng là culông (kí hiệu là C), của thời gian là giây (kí hiệu là s). Từ công thức (22.1), ta rút ra:
Công thức (22.2) cho thấy ý nghĩa của đơn vị điện lượng culông: 1 culông là tổng điện lượng của các hạt mang điện chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s bởi dòng điện có cường độ 1 A. Đơn vị của điện lượng: |
Hình 22.2. Các điện tích dịch chuyển qua tiết diện thắng của dây dẫn Trên một thiết bị dùng để nạp điện cho điện thoại di động có ghi thông số 10 000 mA.h. Thông số này cho biết điều gì? |
(22.1)
(22.2)
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
Trong kim loại tồn tại các electron không liên kết với nguyên tử, được gọi là electron tự do vì chúng có thể chuyển động tự do về 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 tự do mang điện tích âm dịch chuyển có hướng ngược với hướng của điện trường, tạo ra dòng điện (Hình 22.3).
Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. Như vậy, trong dây dẫn kim loại, chiều dòng điện ngược với chiều dịch chuyển của các electron tự do.
Hình 22.3. Sự tạo thành dòng điện trong kim loại
Ion dương
Electron tự do
(Trang 93)
2. Biểu thức liên hệ giữa cường độ dòng điện với mật độ và tốc độ của các hạt mang điện
| Hình 22.4 mô tả sự dịch chuyển của electron qua tiết diện thẳng của dây dẫn. Trong đó: S là diện tích tiết diện thẳng của dây dẫn. n là mật độ hạt mang điện (ở đây là số electron tự do trong một đơn vị thể tích của dây dẫn). v là tốc độ dịch chuyển có hướng của electron. e là độ lớn điện tích của electron. Trong khoảng thời gian Δt, số electron N chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn là: N = nSh, trong đó h = v.Δt.
|
Hình 22.4. Electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn Electron
|
Do vậy, điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian Δt là:
Δq = Ne = Snve.Δt
Theo định nghĩa cường độ dòng điện ở công thức (22.1), ta xác định được cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại như sau:
(22.3)
3. Bài tập vận dụng
Trong một dây dẫn bằng kim loại hình trụ tròn, có đường kính tiết diện là d = 2 mm có dòng điện I = 5 A chạy qua. Cho biết mật độ electron tự do trong dây dẫn là 
. Hãy tính tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong dây dẫn.
Giải:
Áp dụng công thức (22.3), ta có:
Thay số ta được: 
(Trang 94)
| EM ĐÃ HỌC • Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện và được xác định bằng công thức: • Biểu thức liên hệ giữa cường độ dòng điện trong dây dẫn kim loại với mật độ hạt mang điện và tốc độ dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện là: |
| EM CÓ THỂ • Ước tính được cường độ dòng điện của tia sét trong các cơn dông dựa trên thông tin về điện tích của đám mây và thời gian gây ra sét. • Hiểu được ý nghĩa của thông số mA.h ghi trên pin, acquy và sạc dự phòng. |
| EM CÓ BIẾT Trong dung dịch điện phân, tồn tại các ion dương và ion âm. Khi đóng mạch điện, sự dịch chuyển có hướng của các ion trong dung dịch điện phân tạo ra dòng điện (Hình 22.5). |
Hình 22.5. Sự dịch chuyển của các ion dương và ion âm trong dung dịch điện phân tạo ra dòng điện Ion âm Ion dương Dung dịch điện phân |
