Chương 13: Dòng điện một chiều

CHƯƠNG 13: DÒNG ÐIỆN MỘT CHIỀU

I. DÒNG ÐIỆN

1. Ðại cương về dòng điện.

2. Véctơ mật độ dòng điện và cường độ dòng điện.

3. Tác dụng của dòng điện.

4. Ðo cường độ dòng điện.

II. ÐỊNH LUẬT OHM CHO MỘT ÐOẠN MẠCH ÐỒNG CHẤT - ÐIỆN TRỞ

1. Ðịnh luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất.

2. Ðiện trở.

3. Ðiện trở của vật dẫn hình trụ, đồng chất.

4. Ðiện trở phụ thuộc nhiệt độ.

5. Ðo hiệu điện thế bằng điện kế.

6. Dạng vi phân của định luật Ohm.

III. SUẤT ÐIỆN ÐỘNG - ÐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT.

1. Khái niệm trường lực lạ - Ðịnh luật Ohm tổng quát dạng vi phân.

2. Ðịnh luật Ohm cho một mạch kín.

3. Suất điện động.

IV. ÐỊNH LUẬT JOULE-LENZ

1. Ðịnh luật Joule-Lenz dạng thường.

2. Ðịnh luật Joule-Lenz dạng vi phân.

V. MẠCH PHÂN NHÁNH. ÐỊNH LUẬT KIRCHHOFF.

1. Mạch phân nhánh.

2. Ðịnh luật Kirchhoff thứ nhất.

3. Ðịnh luật Kirchhoff thứ hai.

4. Cách giải bài toán về mạch điện dựa trên hai định luật Kirchhoff

5. Thí dụ

VI. CÔNG- CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ÐIỆN

1. Công và công suất dịch chuyển điện tích trong mạch điện

2. Công suất.

3. Ðơn vị.

4. Công suất của mạch ngoài và hiệu suất của nguồn điện.

I. DÒNG ÐIỆN

1. Ðại cương về dòng điện. TOP

a) Trong các chương trước, ta đã xét những vấn đề cơ bản của tĩnh điện. Sau đây ta sẽ nghiên cứu

những hiện tượng và những quá trình có liên hệ tới chuyển động của các điện tích, chúng hợp thành một

phần học riêng về điện-phần điện động lực học.

Các hiện tượng tĩnh điện thực ra cũng có kèm theo chuyển động của các điện tích nguyên tố. Tuy

nhiên, những chuyển động này hoặc là không ảnh hưởng đến trường tĩnh điện tạo ra bởi các điện tích vĩ mô

(chẳng hạn như dao động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể của vật dẫn kim loại tích điện), hoặc là chỉ

tồn tại rất ngắn trong lúc chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái khác (chẳng hạn như lúc phân

phối lại các êlectron tự do khi xảy ra hưởng ứng tĩnh điện hoặc khi nối vật dẫn tích điện với đất). Vì tĩnh

điện học là phần nghiên cứu về những hiện tượng điện liên quan đến sự cân bằng của các điện tích tự do,

cho nên ta đã không xét đến những quá trình chuyển động kể trên.

b) Ðiện động lực học là phần nghiên cứu về các hiện tượng liên quan đến dòng điện. Sự chuyển dịch

có hướng của các điện tích tạo ra dòng điện. Dòng điện phát sinh trong một môi trường khi trong đó có các

hạt mang điện tự do và điện trường, gọi là dòng điện dẫn (từ nay về sau ta gọi tắt là dòng điện). Ở trong các

vật dẫn vốn có sẵn các điện tích tự do (như các êlectron tự do trong kim loại, các ion dương và âm trong các

chất điện phân), vì thế điều kiện để có dòng điện trong vật dẫn là cần có điện trường trong vật dẫn. Ở trong

chân không và trong các chất điện môi (chất khí chẳng hạn) vốn không có sẵn các điện tích tự do, nên để có

dòng điện trong các môi trường đó ngoài sự tồn tại điện trường còn phải tạo ra các hạt mang điện tự do.

Kết quả này dẫn đến sự phát sinh điện trường bên trong vật dẫn, vì điện trường bên trong vật dẫn chỉ bằng

không khí có sự phân bố cân bằng điện tích trên mặt vật dẫn. Dòng điện tiếp tục cho đến khi mọi điểm của

vật dẫn có điện thế như nhau. Như vậy, trong vật dẫn có trường tĩnh điện (trường lực Coulomb) được tạo

nên bởi các êlectron có dư (tích trên vật B) và các ion dương (tích trên vật A). Do lực coulomb giữa các điện

tích luôn luôn có xu hướng làm cân bằng điện thế ở các điểm, làm cho điện thế ở mọi điểm trong vật dẫn trở

nên bằng nhau, vì thế trường lực Coulomb không thể duy trì dòng điện lâu dài được. Ðể duy trì dòng điện,

cần duy trì điện trường bên trong vật dẫn. Vì năng lượng của điện trường này bị tiêu hao trong quá trình

dịch chuyển điện tích, cho nên năng lượng này phải luôn luôn được bổ sung. Như vậy cần một cơ cấu như

thế nào đó để biến đổi một dạng năng lượng khác (như hóa năng chẳng hạn) thành năng lượng điện trường.

Cơ cấu như vậy được gọi là suất điện động hay nguồn điện. Vì vậy, để có dòng điện, ta cần nối vật dẫn với

các cực của nguồn điện, chẳng hạn, với các cực của một pin, một ắc qui.

d) Dưới tác dụng của điện trường trong vật dẫn, các điện tích tự do dương và âm chuyển động

ngược chiều nhau. Thí nghiệm chứng tỏ rằng sự chuyển động về hai hướng ngược nhau của các điện tích

dương và âm tạo ra những dòng điện tương đương nhau về mọi phương diện. Do đó, ta có thể lí luận như

thể là dòng điện chỉ được gây bởi sự dịch chuyển của một loại điện tích, và người ta đã qui ước chiều dòng

điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. Như thế thì chiều dòng điện trong kim loại ngược với

chiều chuyển động của êlectron tự do.

2. Véctơ mật độ dòng điện và cường độ dòng điện TOP

Những đường mà dọc theo đó các hạt tích điện chuyển động gọi là đường dòng. Chiều của đường

dòng được qui ước là chiều chuyển động của các hạt tích điện dương. Nhờ các đường dòng, chúng ta có

khái niệm trực quan về chuyển động của các êlectron và ion tạo nên dòng điện.