Bài 7: Dòng điện không đổi. Nguồn điện

Ở THCS, ta đã biết dòng điện là gì, biết nguồn điện tạo ra dòng điện chạy trong mạch điện kín và có nhiều hiểu biết khác về dòng điện. Trong bài này, ta sẽ biết dòng điện không đổi là gì và vì sao nguồn điện có thể tạo ra dòng điện chạy khá lâu trong mạch điện kín.

Dòng điện

• Dòng điện là gì?
  Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng của các hạt electron tự do.
• Chiều của dòng điện được quy ước như thế nào?
  • Chiều của dòng điện được quy ước:
    • Cùng chiều chuyển động của các điện tích (+).
    • Ngược chiều chuyển động của các điện tích (-).
  • Chiều qui ước của dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại ngược chiều với chiều dịch chuyển có hướng của các hạt điện tích trong kim loại đó.
• Dòng điện chạy qua các vật dẫn có thể gây ra những tác dụng nào? Nêu ví dụ cụ thể
  • Nhiệt: bàn ủi.
  • Quang: bóng đèn dây tóc.
  • Từ: chuông đồng hồ.
  • Sinh lý: máy kích tim.
• Đại lượng thể hiện mức độ mạnh yếu của dòng điện là gì?
  • Cường độ dòng điện cho biết mức độ mạnh, yếu của dòng điện.
  • Đại lượng này được đo bằng ampe kế và đơn vị ampe (A).

Cường độ dòng điện. Dòng điện không đổi

Cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số của điện lượng \( \Delta q\) dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian \( \Delta t\) và khoảng thời gian đó.

\( I = \frac{\Delta q}{\Delta t} \)

Dòng điện không đổi

• Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian.
• Cường độ dòng điện không đổi được tính theo công thức:

\( I=\frac{q}{t} \)

• Trong đó: q là điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t.
• Ví dụ: Mạch điện trong đèn pin.
• Chú ý: Dòng điện không đổi là dòng điện một chiều có chiều không đổi, nhưng cường độ thay đổi theo thời gian.
  Ví dụ: Dòng điện chạy qua dây dẫn nối hai bản của một tụ điện đã được tích điện trước đó).

Đơn vị của cường độ dòng điện và của điện lượng

Đơn vị của cường độ dòng điện

• Đơn vị của cường độ dòng điện trong hệ SI là ampe (A) được xác định:

\( 1 A=\frac{1C}{1s}=1C/s \)

• Giải câu C3
  Cường độ dòng điện qua đèn:
  \(  I=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{1,5}{2}=0,75 (A) \) Đáp số:I =  0,75 A

Đơn vị của điện lượng

• Đơn vị của điện lượng là Culông (C), được định nghĩa theo đơn vị ampe:

\( 1C=1 A.s \)

• Giải câu C4
  Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s:
  \( I=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{n.e}{1,6.10^{-19}}=6,25.10^{18} (electron) \) Đáp số: n = 6,25. 10¹⁸ (electron)

Nguồn điện

Điều kiện để có nguồn điện

Kiến thức đã học

• Các vật  cho dòng điện chạy qua được gọi là vật dẫn. Các hạt mang điện trong các vật dẫn có đặc điểm là có thể dịch chuyển tự do.
• Phải có hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch hay giữa hai đầu một bóng đèn để có dòng điện chạy qua chúng.

Kết luận

Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn điện.

Nguồn điện

• Nguồn điện duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện.
• Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện được duy trì. Điều này được thực hiện trong nhiều nguồn điện, bằng cách tách các electron khỏi nguyên tử và chuyển các electron hay ion dương ra khỏi mỗi cực của nguồn điện.
• Việc tách các electron không thể do các lực điện thực hiện, mà phải do các lực khác bản chất với lực điện thực hiện và được gọi là các lực lạ.
• Một số các nguồn điện thường dùng: (pin, ắc quy, dinamo,…)
  

Suất điện động của nguồn điện

Công của nguồn điện

• Công của các lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn được gọi là công của nguồn điện.
• Nguồn điện là một nguồn năng lượng vì nó có khả năng thực hiện công khi dịch chuyển các điện tích dương bên trong nguồn điện ngược chiều điện trường hoặc dịch chuyển các điện tích âm bên trong nguồn điện cùng chiều điện trường.

Suất điện động của nguồ n điện

Suất điện động \( \xi \) của một nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích q đó.

\( \xi = \frac{A}{q} \)

• Đơn vị: Suất điện động có cùng đơn vị với hiệu điện thế và hiệu điện thế là Vôn (V):

1 V = 1J/C

– Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó.
– Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nó khi mạch hở.
– Trong mạch điện kín, dòng điện chạy qua mạch ngoài và cả mạch trong. Như vậy, nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trờ này được gọi là điện trở trong của nguồn điện. Vì vậy mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động ξ và điện trở trong r của nó.

Pin và acquy

Thí nghiệm

Thí nghiệm tự tạo pin điện hóa bằng quả chanh – electrochemical batteries by homemade lemon

https://youtu.be/ea06kgOiK7o

Pin điện hóa

• Cấu tạo chung của các pin điện hóa là gồm hai cực có bản chất hóa học khác nhau, được ngâm trong chất điện phân (dung dịch axit, bazo hoặc muối …)
• Pin Vôn-ta (Volta)
  – Pin Vôn-ta (Volta) là nguồn điện hóa học được chế tạo đầu tiên gồm một cực bằng kẽm (Zn) và một cực bằng đồng (Cu) được ngâm trong dung dịch axit sunfuric (H₂SO₄) loãng.
  https://youtu.be/9kzyzC4bRac
• Pin Lơ-clan-sê (Leclanché)
  – Được sử dụng khá phổ biến hiện nay.
  – Cực dương của pin là thanh than được bọc xung quanh bằng chất mangan dioxit (MnO₂) có trộn thêm than chì để khử bọt khí hidro bám vào cực than và tăng độ dẫn điện.
  – Dung dịch chất điện phân là amoni clorua (NH₄Cl) được trộn với một loại hồ đặc và được đóng trong hộp kẽm dùng làm vỏ pin và vỏ kẽm này đồng thời là cực âm của pin.
• Sau đây là một video cung cấp cho các bạn thêm thông tin về CẤU TẠO CỦA PIN – PHẢN ỨNG HÓA HỌC DIỄN RA TRONG PIN.
  https://youtu.be/gm5ryH1T4as
• Kết luận:  Do tác dụng hóa học, các cực của pin điện hóa được tích điện khác nhau và giữa chúng có một hiệu điện thế bằng giá trị của suất điện động của pin. Khi đó năng lượng hóa học chuyển thành điện năng dự trữ trong nguồn điện.

Acquy

• Acquy chì
  – Gồm bản cực dương bằng chì dioxit (PbO₂) và bản cực âm bằng chì (Pb). Chất điện phân là dung dịch axit sunfuric (H₂SO₄) loãng.
•  Acquy kiềm
  – Một số loại acquy kiềm được dùng phổ biến là acquy cađimi – kền.
  – Nó có cực dương được làm bằng kền hidroxit Ni(OH)₂, còn cực âm được làm bằng cađimi hidroxit Cd(OH)_2. 
• Kết luận: Acquy là nguồn điện hóa học hoạt động dựa trên phản ứng hóa học thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng lúc nạp điện và giải phóng năng lượng này khi phát điện.

Mở rộng

• Trong bài học này, chúng ta đã học về dòng điện không đổi (dòng điện một chiều có chiều không đổi, nhưng cường độ thay đổi theo thời gian). Vậy còn dòng điện xoay chiều là gì? Sau đây, chúng ta hãy cùng xem một video ngắn để hiểu rõ hơn về dòng điện xoay chiều. Qua đó, ta sẽ dễ tiếp thu cho bài học Dòng điện xoay chiều sắp tới.
• Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.
• https://youtu.be/AFC4K6Ca6Xg