3 Tác dụng của dòng điện
TOP
Chuyển động của các êlectron và ion không thể trực tiếp thấy được. Tuy nhiên có thể căn cứ vào các
hiện tượng do dòng điện gây ra để đoán nhận về sự tồn tại của dòng điện và cường độ của nó. Bất cứ dòng
điện nào cũng gây ra từ trường trong khoảng không gian xung quanh nó. Ðó là tác dụng từ của dòng điện.
Thí nghiệm chứng tỏ rằng tác dụng từ là dấu hiệu tổng quát nhất của dòng điện và người ta quan sát được
tác dụng từ trong mọi trường hợp khác nhau của dòng điện, không phụ thuộc bản chất vật dẫn. Khi dòng
điện truyền qua chất điện phân lỏng thì chất này bị phân tích. Ðó là tác dụng hoá của dòng điện. Khi dòng
điện truyền qua vật dẫn thì làm nóng vật dẫn. Ðó là tác dụng nhiệt của dòng điện.
4. Ðo cường độ dòng điện
TOP
Nếu ta gắn một kim chỉ thị vào ròng rọc 5 thì kim này sẽ quay một góc nào đó. Nếu trên thang chia
độ của điện kế đã vạch sẵn những số chỉ theo ampe thì điện kế được gọi là ampe kế. Trong thực tế người ta
hay dùng các miliampe kế. Ðó là những điện kế được chia độ theo miliampe (10-3 A). Ðể đo cường độ
dòng điện trong một đoạn mạch, người ta mắc ampe kế nối tiếp vào đoạn mạch đó.
II. ÐỊNH LUẬT OHM CHO MỘT ÐOẠN MẠCH ÐỒNG CHẤT - ÐIỆN TRỞ.
1 Ðịnh luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất
TOP
1. Nếu trạng thái của vật dẫn đồng chất không biến đổi (chẳng hạn, nhiệt độ của nó không đổi) thì
đối với mỗi vật dẫn, thí nghiệm chứng tỏ có một sự phụ thuộc đơn giá giữa hiệu điện thế U ở hai đầu vật
dẫn và cường độ dòng điện I qua nó:
Ðộ dẫn điện và điện trở phụ thuộc vào chất làm vật dẫn, vào kích thước và hình dạng cũng như vào
trạng thái của vật dẫn.
Thay (13.8) vào (13.7) ta được:
Ohm (người Ðức) đã thiết lập công thức (13.7) bằng thực nghiệm, nên biểu thức (13.7) gọi là định
luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất.
2. Ðiện trở
TOP
Từ (13.9) ta có thể tìm được điện trở R của một vật dẫn bằng công thức:
Vật dẫn có đặc điểm dẫn điện như vậy, gọi là vật dẫn tuân theo định luật Ohm. Ðường đặc trưng
Volt-Ampère của loại vật dẫn này là đường thẳng (Hình 13.5)
Cần lưu ý rằng mặc dù (13.10) được suy ra từ định luật Ohm (13.7), nhưng nó chứa đựng một nội
dung mới, vượt quá khuôn khổ của định luật Ohm. Ta dùng (13.10) với tính cách là một công thức định
nghĩa điện trở cho mọi môi trường (chẳng hạn chân không hay chất khí). Như vậy trong trường hợp tổng
quát, I không phụ thuộc tuyến tính vào U, và điện trở của môi trường, không phải là hằng số. Ðường đặc
trưng Volt-Ampère của những môi trường như vậy nói chung là những đường cong.
Trong hệ SI, đơn vị điện trở là Ohm ((). Ohm là điện trở của một vật dẫn sao cho khi hai đầu vật dẫn
có hiệu điện thế không đổi 1 Vol thì trong vật dẫn có dòng điện cường độ 1 ampe chạy qua:
1 Ohm (Ω)= 1Vol (V) / 1 ampe (A)
3 Ðiện trở của vật dẫn hình trụ, đồng chất
TOP
Trên đây, ta đã nói rằng điện trở của vật dẫn phụ thuộc hình dạng, kích thước và bản chất của nó. Sự
phụ thuộc này đặc biệt đơn giản nếu vật dẫn là đồng chất và có dạng hình trụ, tiết diện ngang đều, khi đó:
4. Ðiện trở phụ thuộc nhiệt độ.
TOP
Ðiện trở suất của một chất phụ thuộc vào trạng thái của nó, cụ thể là nhiệt độ. Sự phụ thuộc của điện
trở suất vào nhiệt độ đặc trưng bằng hệ số nhiệt điện trở của vật liệu.
Chúng ta nên chú ý đến một số hợp kim có hệ số nhiệt điện trở ( rất nhỏ, như Công xtan và
Manganin. Ðiện trở của chúng hầu như không phụ thuộc nhiệt độ. Người ta dùng những hợp kim ấy để làm
các điện trở mẫu mà giá trị ít bị thay đổi bởi nhiệt độ.
Sự phụ thuộc của điện trở kim loại vào nhiệt độ được dùng vào những thiết bị đo lường và thiết bị tự
động. Nhiệt kế điện trở là một trong những ứng dụng đó. Trong nhiệt kế điện trở, người ta đo điện trở của
nhiệt kế rồi suy ra nhiệt độ của nó.
5. Ðo hiệu điện thế bằng điện kế.
TOP
Như vậy, để đo hiệu điện thế ở hai đầu a và b của một đoạn mạch điện, ta cần mắc vol kế song song
với đoạn mạch đó. Muốn cho cường độ dòng điện và hiệu điện thế trên đoạn mạch cần đo không bị thay đổi
nhiều khi ta mắc vol kế vào mạch, thì dòng điện I qua vol kế phải nhỏ so với dòng điện trong mạch, nghĩa là
điện trở g của vol kế phải lớn so với điện trở R của đoạn mạch ab.
6. Dạng vi phân của định luật Ohm.
TOP
Ðịnh luật Ohm (13.9) và công thức (13.11) cho phép ta tìm cường độ dòng điện trong các vật dẫn
hình trụ và nói chung trong mọi trường hợp khi ống dòng có dạng hình trụ, tiết diện không đổi. Tuy nhiên,
có những trường hợp phải tính điện trở và cường độ dòng điện trong các môi trường trong đó ống dòng
không có dạng hình trụ. Khi đó ta phải áp dụng định luật Ohm viết dưới dạng vi phân.
trong đó vectơ mật độ dòng và vectơ cường độ điện trường được xét tại cùng một điểm trong vật
dẫn. Biểu thức (13.14) là định luật Ohm trong đoạn mạch đồng chất viết dưới dạng vi phân. Nó chứa những
đại lượng đặc trưng cho trạng thái điện tại từng điểm một.
III. SUẤT ÐIỆN ÐỘNG - ÐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT.
1 Khái niệm trường lực lạ - Ðịnh luật Ohm tổng quát dạng vi phân.
TOP
1. Ở đầu chương, chúng ta đã biết trường lực Coulomb (trường tĩnh điện) không tạo ra được dòng
điện không đổi. Muốn duy trì dòng điện, ta cần tác dụng lên điện tích các lực có bản chất khác với lực
Coulomb. Những lực này gọi là các lực lạ. Nếu lực Coulomb gây ra sự kết hợp các điện tích trái dấu và dẫn
đến sự cân bằng điện thế trong vật dẫn, làm cho điện trường trong nó bị triệt tiêu, thì lực lạ có khả năng tách
các điện tích trái dấu và duy trì sự chênh lệch điện thế ở các điểm trong vật dẫn, nghĩa là tạo ra chênh lệch
điện thế trong vật dẫn. Ta đã biết nguồn điện duy trì dòng điện, bởi vì trong nguồn điện có tồn tại trường lực
lạ (không phải là trường tỉnh điện). Trường lực lạ có thể được tạo ra nhờ các quá trình hóa học, tại một lớp
mỏng ở mặt các điện cực tiếp xúc với dung dịch điện phân (pin ắc qui), nhờ lực nén của khí êlectron tại chỗ
nối (pin nhiệt điện); nhờ sự khuếch tán điện tích trong môi trường không đồng chất hoặc sự khuếch tán điện
tích tại chỗ tiếp xúc của hai chất khác nhau (hiệu điện thế tiếp xúc); nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra
điện trường xoáy Trong tất cả các trường hợp này, ta đều thấy có sự biến đổi năng lượng từ một dạng nào
đó sang năng lượng điện trường.
Tích phân theo độ dài đoạn mạch từ 1 đến 2 và để ý rằng cường độ dòng điện I không đổi, ta có
Kết quả này trùng với định luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất (13.9). Ðến đây, ta hiểu rằng nếu
đoạn mạch không đồng chất, sẽ xuất hiện suất điện động. Sự không đồng chất của đoạn mạch có thể là do
trên đoạn mạch đó có vật dẫn loại một (kim loại) và loại hai (dung dịch điện phân) tiếp xúc với nhau; cũng
có thể hiểu theo nghĩa rộng hơn, là dọc theo đoạn mạch có chênh lệch nhiệt độ làm cho đoạn mạch không
cùng một trạng thái.
Khi vận dụng định luật Ohm tổng quát (13.20), cần lưu ý rằng nó chỉ áp dụng cho đoạn mạch mà
trên suốt đoạn mạch đó, dòng điện có cùng một giá trị I ở mọi điểm, và nếu chưa biết chiều dòng điện thì ta
tuỳ ý chọn chiều dòng điện cho đoạn mạch. Giữa hai điểm ngoài cùng của đoạn mạch, điểm 1 và 2 chẳng
hạn, ta tuỳ ý chọn chiều đi. Nếu đi trên đoạn mạch đó từ 1 đến 2 thì khi đó điểm 1 là điểm đầu, và điểm 2 là
điểm cuối đường đi. Sau khi đã chọn chiều dòng điện (nếu cần thiết) và chọn chiều tiến trên đoạn mạch thì
ta thực hiện các bước và các qui ước về dấu sau đây:
- Lấy điện thế điểm đầu trừ điện thế điểm cuối đường đi.
- Suất điện động nhận dấu dương nếu ta đi qua nguồn từ cực âm sang cực dương của nguồn điện.
Dòng điện I nhận dấu dương nếu nó hướng theo chiều tiến. Nếu sau khi tính tóan cường độ dòng điện có giá
trị âm thì chiều thật của dòng điện trên đoạn mạch ngược với chiều dòng điện giả định ở trên.
2 . Ðịnh luật Ohm cho một mạch kín.
TOP
3. Suất điện động.
TOP
trong đó r là khoảng cách từ trục đĩa đến vị trí một êlectron tự do nào đó
IV. ÐỊNH LUẬT JOULE-LENZ
1. Ðịnh luật Joule-Lenz dạng thường.
TOP
Ta đã biết rằng vật dẫn nóng lên khi dòng điện chạy qua nó. Joule và Lenz đã đồng thời, bằng thực
nghiệm tìm ra công thức xác định nhiệt lượng Q toả ra trên vật dẫn có điện trở R khi có dòng điện I đi qua
nó trong thời gian t:
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét