Dòng điện: Đó là gì?

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Điện là gì?

Dòng điện được định nghĩa là dòng hạt mang điện—như electron hoặc ion—di chuyển qua một dẫn điện hoặc không gian. Đây là tốc độ dòng chảy của điện tích qua môi trường dẫn điện theo thời gian. Dòng điện được biểu diễn toán học (ví dụ: trong công thức) bằng ký hiệu “I” hoặc “i”. Đơn vị của dòng điện là ampe. Điều này được biểu diễn bằng A.

Toán học, tốc độ dòng chảy của điện tích theo thời gian có thể được biểu diễn như sau,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

Nói cách khác, dòng hạt mang điện di chuyển qua dẫn điện hoặc không gian được gọi là dòng điện. Các hạt mang điện di chuyển được gọi là các载体在原文中是指“电荷载流子”，在这里翻译为“电荷载体”。根据您的要求，我将保持完整的翻译内容，并且不添加任何解释或注释。以下是完整翻译：

Điện là gì?

Toán học, tốc độ dòng chảy của điện tích theo thời gian có thể được biểu diễn như sau,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

Nói cách khác, dòng hạt mang điện di chuyển qua dẫn điện hoặc không gian được gọi là dòng điện. Các hạt mang điện di chuyển được gọi là các hạt mang điện, có thể là electron, lỗ trống, ion, v.v.

Dòng điện phụ thuộc vào môi trường dẫn điện. Ví dụ:

Trong dẫn điện, dòng điện do electron tạo ra.
Trong bán dẫn, dòng điện do electron hoặc lỗ trống tạo ra.
Trong chất điện phân, dòng điện do ion tạo ra và
Trong plasma—khí ion hóa, dòng điện do ion và electron tạo ra.

Khi áp dụng sự khác biệt về điện thế giữa hai điểm trong môi trường dẫn điện, dòng điện bắt đầu chảy từ điểm có điện thế cao hơn đến điểm có điện thế thấp hơn. Càng cao điện thế hoặc sự khác biệt về điện thế, càng nhiều dòng điện chảy giữa hai điểm.

Nếu hai điểm trong mạch có cùng điện thế, thì dòng điện không thể chảy. Độ lớn của dòng điện phụ thuộc vào điện thế hoặc sự khác biệt về điện thế giữa hai điểm. Do đó, chúng ta có thể nói rằng dòng điện là kết quả của điện thế.

Dòng điện có thể tạo ra trường điện từ, được sử dụng trong cuộn cảm, biến áp, máy phát và mô tơ. Trong các dẫn thể điện, dòng điện gây ra sự nóng lên do sức cản hoặc nóng lên do Joule làm sáng đèn đèn sợi đốt.

Dòng điện thay đổi theo thời gian tạo ra sóng điện từ, được sử dụng trong viễn thông để phát sóng dữ liệu.

Dòng điện xoay chiều so với dòng điện một chiều

Dựa trên dòng chảy của điện tích, dòng điện được phân loại thành hai loại, đó là dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC).

Dòng điện xoay chiều

Dòng chảy của điện tích theo hướng đảo ngược định kỳ được gọi là dòng điện xoay chiều (AC). Dòng điện xoay chiều cũng được gọi là "dòng điện AC". Mặc dù kỹ thuật này nói cùng một điều hai lần "dòng điện AC Current".

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

Dòng điện xoay chiều bắt đầu từ không, tăng lên đến mức tối đa, giảm xuống không, sau đó đảo ngược và đạt mức tối đa theo hướng ngược lại, sau đó trở lại giá trị ban đầu và lặp lại chu kỳ này vô tận.

Loại hình dạng sóng của dòng điện xoay chiều có thể là sinusoidal, tam giác, vuông, răng cưa, v.v.

Đặc điểm của hình dạng sóng không quan trọng—miễn là nó là một sóng lặp lại.

Tuy nhiên, trong hầu hết các mạch điện, hình dạng sóng điển hình của dòng điện xoay chiều là sóng sin. Hình dạng sóng sin điển hình mà bạn có thể thấy trong dòng điện xoay chiều được hiển thị trong hình ảnh dưới đây.

Một máy phát điện xoay chiều có thể tạo ra dòng điện xoay chiều. Máy phát điện xoay chiều là loại máy phát điện đặc biệt được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng.

Dòng điện một chiều

Dòng chảy của điện tích chỉ theo một hướng được gọi là dòng điện một chiều (DC). Dòng điện một chiều cũng được gọi là “Dòng điện DC”. Mặc dù kỹ thuật này nói cùng một điều hai lần “Dòng điện một chiều hiện tại”.

Vì dòng điện một chiều chỉ chảy theo một hướng; do đó, nó cũng được gọi là dòng điện một chiều. Hình dạng sóng của dòng điện một chiều được hiển thị trong hình ảnh dưới đây.

Dòng điện một chiều có thể được tạo ra bởi pin, tấm pin mặt trời, tế bào nhiên liệu, cặp nhiệt điện, máy phát điện kiểu commutator, v.v. Dòng điện xoay chiều có thể được chuyển đổi thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng chỉnh lưu.

Điện một chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng điện áp thấp. Hầu hết các mạch điện tử cần nguồn điện một chiều.

Đơn vị đo dòng điện là gì?

Đơn vị SI cho dòng điện là ampe hoặc amp. Điều này được biểu diễn bằng A. Ampe, hoặc amp là đơn vị cơ bản của dòng điện trong hệ thống SI. Đơn vị ampe được đặt tên để tôn vinh nhà vật lý vĩ đại Andrew Marie Ampere.

Trong hệ thống SI, 1 ampe là dòng chảy của điện tích giữa hai điểm với tốc độ một coulomb mỗi giây. Do đó,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Vì vậy, dòng điện cũng được đo bằng coulomb trên giây hoặc C/S.

Công thức Dòng Điện

Các công thức cơ bản cho dòng điện là:

Mối quan hệ giữa Dòng Điện, Điện Áp và Kháng Điện (Định luật Ohm)
Mối quan hệ giữa Dòng Điện, Công Suất và Điện Áp
Mối quan hệ giữa Dòng Điện, Công Suất và Kháng Điện

Những mối quan hệ này được tóm tắt trong hình ảnh dưới đây.

Công thức Dòng Điện 1 (Định luật Ohm)

Theo định luật Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Do đó,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Ví dụ

Như được hiển thị trong mạch dưới đây, một điện áp cung cấp của $24\,\,V$ được áp dụng cho điện trở của $12\,\,\Omega$ . Xác định dòng điện chảy qua điện trở.

Giải pháp:

Dữ liệu đã cho: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Theo định luật Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Do đó, bằng cách sử dụng phương trình, chúng ta được dòng điện chạy qua bộ phận điện trở là $2\,\,A$ .

Công thức Dòng điện 2 (Công suất và Điện áp)

Công suất truyền tải là sản phẩm của điện áp cung cấp và dòng điện.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Do đó, chúng ta có dòng điện bằng công suất chia cho điện áp. Toán học,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Trong đó $A$ đại diện cho ampe (đơn vị cho dòng điện).

Ví dụ

Như được thể hiện trong mạch dưới đây, một điện áp cung cấp $24\,\,V$ được áp dụng cho một bóng đèn $48\,\,W$ . Xác định dòng điện mà bóng đèn $48\,\,W$ tiêu thụ.Giải pháp:

Dữ liệu đã cho: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Theo công thức,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Do đó, sử dụng phương trình trên, chúng ta nhận được dòng điện mà bóng đèn $48\,\,W$ tiêu thụ là $2\,\,A$ .

Công thức Dòng điện 3 (Công suất và Điện trở, Hao hụt Ohm, Tăng nhiệt do điện trở)

Chúng ta biết rằng, $P = V * I$

Bây giờ thay thế định luật Ohm $V = I * R$ vào phương trình trên, chúng ta có,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Do đó, dòng điện là căn bậc hai của tỷ lệ giữa công suất và điện trở. Toán học, công thức cho điều này là:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Ví dụ

Như được hiển thị trong mạch dưới đây, xác định dòng điện lấy bởi $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ đèn

Giải pháp:

Dữ liệu đã cho: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Theo mối quan hệ giữa dòng điện, công suất và điện trở được hiển thị ở trên:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Do đó, sử dụng phương trình, chúng ta có dòng điện qua $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ đèn là $2.24\,\,A$ .

Đơn vị của Dòng Điện

Đơn vị của dòng điện theo khối lượng (M), độ dài (L), thời gian (T) và ampe (A) được biểu diễn bởi $M^0L^0T^-^1Q$ .

Dòng điện (I) là đại diện cho coulomb mỗi giây. Do đó,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Dòng điện thông thường so với dòng electron

Có một sự hiểu lầm nhỏ về dòng điện thông thường và dòng electron. Hãy cố gắng hiểu sự khác biệt giữa hai loại này.

Các hạt mang điện tích đi qua các vật dẫn là các electron tự do. Hướng của trường điện trong mạch điện, theo định nghĩa, là luật mà các điện tích thử nghiệm dương bị đẩy. Do đó, các hạt mang điện tích âm, tức là electron, di chuyển theo hướng ngược lại với trường điện.

Theo lý thuyết electron, khi áp dụng điện áp hoặc chênh lệch điện thế trên vật dẫn, các hạt mang điện tích di chuyển qua mạch, tạo thành dòng điện.

Các hạt mang điện tích này di chuyển từ mức điện thế cao đến mức điện thế thấp, tức là từ cực dương đến cực âm của pin thông qua mạch ngoài.

Tuy nhiên, trong vật dẫn kim loại, các hạt mang điện tích dương được giữ ở vị trí cố định, và các hạt mang điện tích âm, tức là electron, có thể di chuyển tự do. Trong bán dẫn, dòng các hạt mang điện tích có thể là dương hoặc âm.

Dòng các hạt mang điện tích dương và dòng các hạt mang điện tích âm di chuyển theo hướng ngược lại có cùng hiệu ứng trong mạch điện. Vì dòng điện là do các hạt mang điện tích dương hoặc âm, hoặc cả hai, nên cần một quy ước cho hướng dòng điện độc lập với các loại hạt mang điện tích.

Hướng của dòng điện thông thường được coi là hướng mà các hạt mang điện tích dương di chuyển, tức là từ mức điện thế cao đến mức điện thế thấp. Do đó, các hạt mang điện tích âm, tức là electron, di chuyển theo hướng ngược lại với dòng điện thông thường, tức là từ mức điện thế thấp đến mức điện thế cao. Vì vậy, dòng điện thông thường và dòng electron di chuyển theo hướng ngược nhau, như được thể hiện trong hình ảnh dưới đây.

direction of coventional current and electron flow — Hướng của Dòng Điện Thông Thường và Dòng Electron

Dòng điện quy ước: Dòng các hạt mang điện tích dương di chuyển từ cực dương đến cực âm của pin được gọi là dòng điện quy ước.
Dòng electron: Dòng electron được gọi là dòng điện electron. Dòng các hạt mang điện tích âm – tức là electron – di chuyển từ cực âm đến cực dương của pin được gọi là dòng electron. Dòng electron ngược chiều với dòng điện quy ước.

Chiều của dòng điện quy ước và dòng electron được minh họa trong hình dưới đây.

Conventional Current Flow and Electron Flow

Dòng đối lưu và Dòng dẫn

Dòng Đối Lưu

Dòng đối lưu đề cập đến dòng điện chạy qua một môi trường cách điện như chất lỏng, khí hoặc chân không.

Dòng đối lưu không cần vật dẫn để truyền; do đó nó không tuân theo định luật Ohm. Một ví dụ về dòng đối lưu là ống chân không nơi các electron phát ra từ catốt di chuyển đến anốt trong môi trường chân không.

Dòng Dẫn

Dòng điện chạy qua bất kỳ vật dẫn nào được gọi là dòng dẫn. Dòng dẫn yêu cầu vật dẫn để truyền; do đó nó tuân theo định luật Ohm.

Dòng Điện Dịch

Xét một điện trở và tụ điện được mắc song song với nguồn điện áp V như trong hình dưới đây. Bản chất dòng điện chạy qua tụ điện khác với dòng điện chạy qua điện trở.

Điện áp hoặc hiệu điện thế trên điện trở tạo ra dòng điện liên tục được xác định bằng phương trình,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Dòng điện này được gọi là "dòng điện dẫn".

Bây giờ dòng điện chạy qua tụ điện chỉ khi điện áp trên tụ thay đổi, được biểu diễn bằng phương trình sau:

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Dòng điện này được gọi là "dòng điện dịch chuyển".

Về mặt vật lý, dòng điện dịch chuyển không phải là một dòng điện thực sự vì không có sự di chuyển của đại lượng vật lý nào như dòng điện tích.

Cách Đo Dòng Điện

Trong các mạch điện và điện tử, việc đo dòng điện là một thông số thiết yếu cần được thực hiện.

Một thiết bị có thể đo dòng điện được gọi là ampe kế. Để đo dòng điện, ampe kế phải được nối nối tiếp với mạch mà ta muốn đo dòng điện.

Việc đo dòng điện qua điện trở bằng ampe kế được minh họa trong hình dưới đây.

Dòng điện cũng có thể được đo bằng một điện kế. Điện kế cho biết cả chiều lẫn độ lớn của dòng điện.

Dòng điện có thể được đo bằng cách phát hiện từ trường liên quan đến dòng điện mà không cần ngắt mạch. Có nhiều loại thiết bị khác nhau dùng để đo dòng điện mà không cần ngắt mạch.

Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Dòng Điện

Hãy cùng nghiên cứu một số câu hỏi thường gặp liên quan đến dòng điện.

Thiết Bị Nào Sử Dụng Tụ Từ Để Đo Dòng Điện?

Galvanometer là thiết bị đo lường sử dụng tụ từ để đo dòng điện.

Galvanometer là thiết bị tuyệt đối; nó đo dòng điện theo tang của góc lệch.

Galvanometer có thể đo trực tiếp dòng điện, nhưng điều này đòi hỏi phải ngắt mạch; do đó đôi khi không tiện lợi.

Dòng Điện Làm Thế Nào Để Tạo Lực Từ?

Một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường sẽ trải qua một lực vì dòng điện chỉ là sự di chuyển của các điện tích.

Xem xét một dây dẫn mang dòng điện với dòng điện chảy qua nó, như được hiển thị trong hình (a) dưới đây. Theo quy tắc tay phải của Fleming; dòng điện này sẽ tạo ra từ trường theo chiều kim đồng hồ.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

Lực Từ Được Tạo Ra bởi Dòng Điện

Kết quả của từ trường của dây dẫn là nó sẽ đẩy từ trường phía trên dây dẫn và làm yếu đi bên dưới.

Các đường từ trường giống như các dải cao su được kéo căng; do đó, chúng sẽ đẩy dây dẫn xuống phía dưới, nghĩa là lực tác dụng xuống, như được hiển thị trong hình (b).

Ví dụ này nói rằng dây dẫn điện trong từ trường sẽ chịu một lực. Phương trình sau đây xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn điện.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Để tạo ra dòng điện, cần phải có

Để tạo ra dòng điện, cần phải có các điều kiện sau:

Một hiệu điện thế tồn tại giữa hai điểm. Nếu hai điểm trong mạch ở cùng mức điện thế, dòng điện không thể chảy.
Một nguồn điện áp hoặc nguồn dòng điện, như pin hoặc ắc quy, làm cho các electron tự do di chuyển tạo thành dòng điện.
Một dây dẫn hoặc dây điện mang điện tích.
Mạch phải đóng kín. Nếu mạch mở, dòng điện không thể chảy.

Đây là các điều kiện cần thiết để tạo ra dòng điện. Hình dưới đây cho thấy dòng điện đi qua một mạch kín.

Điểm nào sau đây mô tả sự khác biệt giữa dòng điện và tĩnh điện

Sự khác biệt chính giữa dòng điện và tĩnh điện là trong dòng điện, các electron hoặc điện tích di chuyển qua dây dẫn.

Trong khi đó, trong tĩnh điện, các điện tích đứng yên và tích tụ trên bề mặt của vật chất.

Dòng điện do sự di chuyển của electron, trong khi tĩnh điện do các điện tích âm từ một vật đến vật khác.

Dòng điện chỉ sinh ra trong dây dẫn, trong khi tĩnh điện có thể sinh ra cả trong dây dẫn và vật cách điện.

Dòng điện ảnh hưởng đến cực từ như thế nào?

Chúng ta biết rằng khi dòng điện chảy, tức là điện tích đang di chuyển, nó tạo ra một từ trường. Nếu chúng ta đặt nam châm vào từ trường, nó sẽ chịu một lực.

Đối với điện tích, tức là dòng điện, các cực từ giống nhau hút và các cực từ đối lập đẩy. Do đó, chúng ta có thể nói rằng dòng điện ảnh hưởng đến cực từ thông qua trường từ.