I. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN LƯỢNG

1. Điện lượng (Điện tích) là gì?

Định nghĩa: Điện lượng (hay còn gọi là điện tích) là đại lượng vật lý đặc trưng cho lượng điện tích mà một vật mang, hoặc lượng điện tích di chuyển qua tiết diện của dây dẫn trong một khoảng thời gian nhất định.

Ký hiệu:

• Thường dùng: $q$ (chữ thường)
• Hoặc: $Q$ (chữ hoa)

Đơn vị đo:

• Đơn vị chuẩn trong hệ SI: Coulomb (ký hiệu: C)
• Đặt theo tên nhà vật lý người Pháp Charles-Augustin de Coulomb

Bản chất điện tích:

Mọi điện tích đều được cấu tạo từ các điện tích nguyên tố nhỏ nhất:

• Điện tích nguyên tố (electron): $$e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$$
• Tính chất rời rạc: Mọi điện tích đều là bội số nguyên của điện tích nguyên tố: $$q = n \cdot e$$Trong đó $n$ là số nguyên (số lượng hạt mang điện)

Hai loại điện tích:

• Điện tích âm (-): Do electron mang (thiếu proton hoặc thừa electron)
• Điện tích dương (+): Do proton mang (thiếu electron hoặc thừa proton)

2. Phân biệt điện tích và dòng điện

Để hiểu rõ điện lượng, cần phân biệt rõ với các đại lượng liên quan:

Mối liên hệ quan trọng:

$$I = \frac{q}{t} \quad \Rightarrow \quad q = I \cdot t$$

Ý nghĩa:

• Dòng điện là lượng điện tích đi qua tiết diện dây dẫn trong 1 giây
• Nếu dòng điện $I = 1A$ nghĩa là mỗi giây có $1C$ điện tích đi qua tiết diện

II. CÔNG THỨC TÍNH ĐIỆN LƯỢNG

1. Công thức cơ bản (từ dòng điện)

📌 CÔNG THỨC QUAN TRỌNG NHẤT:

$$\boxed{q = I \cdot t}$$

Trong đó:

• $q$: điện lượng (điện tích) đi qua tiết diện dây dẫn, đơn vị: Coulomb (C)
• $I$: cường độ dòng điện, đơn vị: Ampere (A)
• $t$: thời gian dòng điện chạy qua, đơn vị: giây (s)

Ý nghĩa vật lý: Điện lượng chính là lượng điện tích di chuyển qua tiết diện dây dẫn, bằng tích của cường độ dòng điện và thời gian.

Cách nhớ: “Điện lượng = Dòng điện × Thời gian”

Ví dụ 1: Dòng điện $I = 2A$ chạy qua dây dẫn trong thời gian $t = 5s$. Tính điện lượng đi qua tiết diện dây?

Lời giải: Áp dụng công thức: $$q = I \cdot t = 2 \times 5 = 10 \text{ C}$$

Kết luận: Điện lượng là 10 Coulomb.

Ví dụ 2: Dòng điện $I = 0.5A$ chạy qua dây dẫn trong thời gian $t = 1$ phút. Tính điện lượng?

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị thời gian: $$t = 1 \text{ phút} = 60 \text{ giây}$$

Bước 2: Tính điện lượng: $$q = I \cdot t = 0.5 \times 60 = 30 \text{ C}$$

Kết luận: Điện lượng là 30 Coulomb.

⚠️ Lưu ý quan trọng: Luôn đổi thời gian về giây (s) trước khi tính!

2. Công thức từ định nghĩa dòng điện

Định nghĩa dòng điện:

Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện, được đo bằng thương số giữa điện lượng $q$ đi qua tiết diện dây dẫn và thời gian $t$:

$$\boxed{I = \frac{q}{t}}$$

Từ công thức này, ta suy ra các biến thể:

Tính điện lượng: $$\boxed{q = I \cdot t}$$

Tính thời gian: $$\boxed{t = \frac{q}{I}}$$

Tính dòng điện: $$\boxed{I = \frac{q}{t}}$$

Ứng dụng:

• Biết 2 trong 3 đại lượng $(q, I, t)$ → tính đại lượng còn lại
• Thiết lập mối liên hệ giữa điện lượng và dòng điện
• Cơ sở cho các công thức phức tạp hơn

3. Điện lượng của n electron

Công thức:

$$\boxed{q = n \cdot e}$$

Trong đó:

• $n$: số lượng electron (hoặc các hạt mang điện)
• $e = 1.6 \times 10^{-19}$ C: điện tích nguyên tố (độ lớn điện tích của 1 electron)

Quy ước về dấu:

• Electron mang điện âm: $q = -n \cdot e$ (có dấu âm)
• Proton mang điện dương: $q = +n \cdot e$ (có dấu dương)

Lưu ý: Khi tính độ lớn điện tích, ta chỉ quan tâm giá trị tuyệt đối: $|q| = n \cdot e$

Ví dụ 3: Có $10^{19}$ electron di chuyển qua tiết diện dây dẫn. Tính điện lượng tương ứng?

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$q = n \cdot e = 10^{19} \times 1.6 \times 10^{-19}$$ $$q = 1.6 \text{ C}$$

Kết luận: Điện lượng là 1.6 Coulomb.

Ví dụ 4: Điện lượng $q = 3.2 \times 10^{-18}$ C tương ứng với bao nhiêu electron?

Lời giải:

Từ công thức $q = n \cdot e$, suy ra: $$n = \frac{q}{e} = \frac{3.2 \times 10^{-18}}{1.6 \times 10^{-19}} = 20 \text{ electron}$$

Kết luận: Có 20 electron.

4. Điện lượng qua tiết diện dây dẫn

Khi biết hiệu điện thế và điện trở:

Từ định luật Ohm: $I = \frac{U}{R}$

Thay vào công thức điện lượng:

$$\boxed{q = I \cdot t = \frac{U}{R} \cdot t}$$

Trong đó:

• $U$: hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V – Volt)
• $R$: điện trở của đoạn mạch (Ω – Ohm)
• $t$: thời gian (s)

Ví dụ 5: Một đoạn mạch có hiệu điện thế $U = 12V$, điện trở $R = 6Ω$. Dòng điện chạy qua trong thời gian 10 giây. Tính điện lượng?

Lời giải:

Cách 1: Tính qua dòng điện

• Dòng điện: $I = \frac{U}{R} = \frac{12}{6} = 2A$
• Điện lượng: $q = I \cdot t = 2 \times 10 = 20C$

Cách 2: Dùng công thức trực tiếp $$q = \frac{U}{R} \cdot t = \frac{12}{6} \times 10 = 20C$$

Kết luận: Điện lượng là 20 Coulomb.

5. Tổng hợp công thức

Bảng dưới đây tổng hợp các trường hợp tính điện lượng dựa trên các đại lượng đã biết:

Lưu ý: Tất cả các công thức trên đều xuất phát từ công thức gốc $q = I \cdot t$

III. ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN PHÂN

1. Định luật Faraday về điện phân

Định luật Faraday thứ nhất:

Khối lượng chất được giải phóng ở điện cực tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân:

$$\boxed{m = \frac{1}{F} \cdot \frac{A}{n} \cdot q = \frac{1}{F} \cdot \frac{A}{n} \cdot I \cdot t}$$

Hoặc viết gọn hơn:

$$\boxed{m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t}$$

Trong đó:

• $m$: khối lượng chất được giải phóng ở điện cực (g – gam)
• $F = 96500$ C/mol: hằng số Faraday (điện lượng cần để giải phóng 1 mol electron)
• $A$: khối lượng mol nguyên tử của chất (g/mol)
• $n$: hóa trị (số electron trao đổi trong phản ứng)
• $k = \frac{A}{nF}$: đương lượng điện hóa (g/C)
• $q = I \cdot t$: điện lượng (C)

Ý nghĩa:

• Khối lượng chất giải phóng tỉ lệ thuận với điện lượng
• Điện lượng càng lớn → khối lượng kim loại bám vào catot càng nhiều

2. Ví dụ điện phân

Bài toán: Điện phân dung dịch CuSO₄ (đồng sunfat) với cường độ dòng điện $I = 2A$ trong thời gian 30 phút. Tính khối lượng đồng bám vào catot (cực âm)?

Cho biết: Đồng (Cu) có khối lượng mol nguyên tử $A = 64$ g/mol, hóa trị $n = 2$

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị thời gian $$t = 30 \text{ phút} = 30 \times 60 = 1800 \text{ giây}$$

Bước 2: Tính điện lượng $$q = I \cdot t = 2 \times 1800 = 3600 \text{ C}$$

Bước 3: Áp dụng định luật Faraday $$m = \frac{A}{n \cdot F} \cdot q = \frac{64}{2 \times 96500} \times 3600$$

$$m = \frac{64 \times 3600}{193000} = \frac{230400}{193000} \approx 1.19 \text{ g}$$

Kết luận: Khối lượng đồng bám vào catot là khoảng 1.19 gam.

3. Ứng dụng thực tế của điện phân

Trong công nghiệp:

Mạ điện:

• Mạ vàng cho đồ trang sức, linh kiện điện tử
• Mạ crôm cho ô tô, xe máy (chống gỉ, tăng độ cứng)
• Mạ niken cho kim loại (chống ăn mòn)
• Mạ kẽm cho sắt thép (bảo vệ khỏi rỉ sét)

Luyện kim và tinh chế:

• Tinh chế đồng điện phân (độ tinh khiết 99.99%)
• Sản xuất nhôm từ quặng bauxite
• Điện phân nước để thu hydro và oxy

Sản xuất hóa chất:

• Sản xuất kim loại kiềm (Na, K, Li…)
• Sản xuất clo, xút từ muối ăn
• Sản xuất hydro peroxide (H₂O₂)

Ứng dụng khác:

• Tạo hình kim loại (electroforming)
• Bảo quản di tích, cổ vật
• Nghệ thuật: điêu khắc điện hóa

IV. ĐIỆN LƯỢNG TRONG TỤ ĐIỆN

1. Điện tích trên tụ điện

Tụ điện là gì?

Tụ điện là linh kiện điện tử có khả năng tích và lưu trữ điện tích (năng lượng điện trường) giữa hai bản cực.

Công thức điện tích trên tụ:

$$\boxed{q = C \cdot U}$$

Trong đó:

• $q$: điện tích (điện lượng) trên tụ điện (C)
• $C$: điện dung của tụ điện (F – Farad)
• $U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ (V – Volt)

Điện dung là gì?

Điện dung là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ:

$$C = \frac{q}{U}$$

Đơn vị: $1F = 1\frac{C}{V}$

Đơn vị điện dung trong thực tế:

Do Farad (F) là đơn vị rất lớn, trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn:

Ví dụ: Tụ điện $100μF = 100 \times 10^{-6}F = 10^{-4}F$

2. Năng lượng tụ điện

Năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện có thể tính theo nhiều công thức:

$$\boxed{W = \frac{1}{2}q \cdot U = \frac{1}{2}C \cdot U^2 = \frac{q^2}{2C}}$$

Trong đó:

• $W$: năng lượng của tụ điện (J – Joule)
• $q$: điện tích trên tụ (C)
• $C$: điện dung (F)
• $U$: hiệu điện thế (V)

Chọn công thức nào?

• Biết $q$ và $U$ → dùng $W = \frac{1}{2}qU$
• Biết $C$ và $U$ → dùng $W = \frac{1}{2}CU^2$
• Biết $q$ và $C$ → dùng $W = \frac{q^2}{2C}$

3. Ví dụ về tụ điện

Bài toán: Một tụ điện có điện dung $C = 20μF$ được tích điện đến hiệu điện thế $U = 100V$.

a) Tính điện tích trên tụ b) Tính năng lượng tích lũy trong tụ

Lời giải:

Câu a) Tính điện tích:

Bước 1: Đổi đơn vị điện dung $$C = 20μF = 20 \times 10^{-6}F$$

Bước 2: Tính điện tích $$q = C \cdot U = 20 \times 10^{-6} \times 100$$ $$q = 2 \times 10^{-3} \text{ C} = 2 \text{ mC (milicoulomb)}$$

Câu b) Tính năng lượng:

$$W = \frac{1}{2}C \cdot U^2 = \frac{1}{2} \times 20 \times 10^{-6} \times (100)^2$$ $$W = \frac{1}{2} \times 20 \times 10^{-6} \times 10000$$ $$W = 0.1 \text{ J} = 100 \text{ mJ (milijoule)}$$

Kết luận:

• Điện tích trên tụ: 2 mC
• Năng lượng tích lũy: 100 mJ

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức điện lượng cơ bản

B. Các đại lượng và công thức liên quan

C. Công thức điện phân (Định luật Faraday)

Ghi nhớ:

• $A$: khối lượng mol nguyên tử (g/mol)
• $n$: hóa trị (số electron trao đổi)
• $F = 96500$ C/mol: hằng số Faraday

D. Công thức tụ điện

VI. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Công thức trọng tâm – phải thuộc:

$$\boxed{q = I \times t}$$

Cách nhớ: “Điện lượng bằng Dòng điện nhân với Thời gian”

Viết tắt: q = I × t (Quantity = Intensity × time)

Định nghĩa dòng điện:

$$I = \frac{q}{t} \quad \text{(đơn vị: C/s = A)}$$

Cách nhớ: “Dòng điện là điện lượng chạy qua trong 1 giây”

Điện tích nguyên tố:

$$e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$$

Cách nhớ: “1 phẩy 6 nhân 10 mũ âm 19”

Hằng số Faraday:

$$F = 96500 \text{ C/mol}$$

Cách nhớ: “96 nghìn 5 trăm” hoặc “gần 100 nghìn”

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Quên đổi đơn vị thời gian

Sai:

• Đề cho: $t = 2$ phút
• Tính: $q = I \times 2$ ❌ (quên đổi sang giây)

Đúng:

• $t = 2$ phút $= 2 \times 60 = 120$ giây
• $q = I \times 120$ ✓

Lưu ý:

• 1 phút = 60 giây
• 1 giờ = 3600 giây
• Luôn đổi về giây trước khi tính!

❌ SAI LẦM 2: Nhầm đơn vị dòng điện

Sai:

• Đề cho: $I = 500$ mA
• Tính: $q = 500 \times t$ ❌ (quên đổi mA → A)

Đúng:

• $I = 500$ mA $= 500 \times 10^{-3} = 0.5$ A
• $q = 0.5 \times t$ ✓

Bảng đổi đơn vị:

• $1$ mA (miliampe) = $10^{-3}$ A
• $1$ μA (microampe) = $10^{-6}$ A
• $1$ kA (kiloampe) = $10^3$ A

❌ SAI LẦM 3: Quên dấu âm của electron

Sai:

• Điện tích của 10 electron: $q = 10e$ ❌

Đúng:

• Điện tích của 10 electron: $q = -10e$ ✓
• Electron mang điện âm!

Quy ước:

• Electron: $q = -ne$ (âm)
• Proton: $q = +ne$ (dương)
• Khi tính độ lớn: $|q| = ne$

❌ SAI LẦM 4: Nhầm lẫn điện lượng với điện năng

Phân biệt rõ:

Nhớ:

• Điện lượng (q) đo bằng Coulomb (C)
• Điện năng (A) đo bằng Joule (J)

3. Phân biệt các đại lượng điện

4. Quy trình giải bài tập

Dạng 1: Tính điện lượng từ I và t

Bước 1: Xác định $I$ (A) và $t$ (s)

• Đổi đơn vị nếu cần: phút → giây, mA → A

Bước 2: Áp dụng công thức: $$q = I \times t$$

Bước 3: Viết đơn vị kết quả (C)

Dạng 2: Bài toán điện phân

Bước 1: Tính điện lượng $q = I \times t$

Bước 2: Xác định $A$, $n$, $F$

Bước 3: Áp dụng định luật Faraday: $$m = \frac{A}{nF} \times q$$

Bước 4: Tính kết quả (gam)

Dạng 3: Bài toán tụ điện

Bước 1: Đổi đơn vị $C$ nếu cần (μF → F)

Bước 2: Tính điện tích: $q = C \times U$

Bước 3: Tính năng lượng (nếu cần): $W = \frac{1}{2}CU^2$

VII. BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Tính điện lượng cơ bản

Đề bài: Dòng điện có cường độ $I = 3A$ chạy qua dây dẫn trong thời gian 2 phút. Tính điện lượng đi qua tiết diện dây dẫn?

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị thời gian $$t = 2 \text{ phút} = 2 \times 60 = 120 \text{ giây}$$

Bước 2: Áp dụng công thức $$q = I \cdot t = 3 \times 120 = 360 \text{ C}$$

Kết luận: Điện lượng là 360 Coulomb.

Bài 2: Tính số electron

Đề bài: Một điện lượng $q = 4.8 \times 10^{-18}$ C tương ứng với bao nhiêu electron?

Lời giải:

Từ công thức $q = n \cdot e$, ta có: $$n = \frac{q}{e} = \frac{4.8 \times 10^{-18}}{1.6 \times 10^{-19}}$$ $$n = \frac{4.8}{1.6} \times 10^{-18-(-19)} = 3 \times 10^{1} = 30$$

Kết luận: Có 30 electron.

Bài 3: Tính thời gian

Đề bài: Cần bao lâu để điện lượng $q = 150$ C chạy qua dây dẫn có cường độ dòng điện $I = 2.5$ A?

Lời giải:

Từ công thức $q = I \cdot t$, suy ra: $$t = \frac{q}{I} = \frac{150}{2.5} = 60 \text{ giây} = 1 \text{ phút}$$

Kết luận: Cần 1 phút (60 giây).

Bài 4: Bài toán điện phân

Đề bài: Điện phân dung dịch AgNO₃ (bạc nitrat) với cường độ dòng điện $I = 1$ A trong thời gian 16 phút 5 giây. Tính khối lượng bạc (Ag) được giải phóng ở catot?

Cho biết: Bạc có khối lượng mol nguyên tử $A = 108$ g/mol, hóa trị $n = 1$

Lời giải:

Bước 1: Đổi thời gian về giây $$t = 16 \times 60 + 5 = 960 + 5 = 965 \text{ giây}$$

Bước 2: Tính điện lượng $$q = I \cdot t = 1 \times 965 = 965 \text{ C}$$

Bước 3: Áp dụng định luật Faraday $$m = \frac{A}{n \cdot F} \cdot q = \frac{108}{1 \times 96500} \times 965$$ $$m = \frac{108 \times 965}{96500} = \frac{104220}{96500} \approx 1.08 \text{ gam}$$

Kết luận: Khối lượng bạc được giải phóng là khoảng 1.08 gam.

Bài 5: Bài toán tụ điện

Đề bài: Một tụ điện có điện dung $C = 10μF$ được tích điện đến hiệu điện thế $U = 50V$.

a) Tính điện tích trên tụ b) Tính năng lượng tích lũy trong tụ

Lời giải:

Câu a) Tính điện tích:

Đổi đơn vị: $C = 10μF = 10 \times 10^{-6} = 10^{-5}$ F

$$q = C \cdot U = 10^{-5} \times 50 = 5 \times 10^{-4} \text{ C} = 0.5 \text{ mC}$$

Câu b) Tính năng lượng:

$$W = \frac{1}{2}C \cdot U^2 = \frac{1}{2} \times 10^{-5} \times (50)^2$$ $$W = \frac{1}{2} \times 10^{-5} \times 2500 = 0.0125 \text{ J} = 12.5 \text{ mJ}$$

Kết luận:

• Điện tích: 0.5 mC
• Năng lượng: 12.5 mJ

Bài 6: Bài toán tổng hợp

Đề bài: Một đoạn mạch điện có điện trở $R = 10Ω$ được đặt vào hiệu điện thế $U = 20V$ trong thời gian 5 phút. Tính:

a) Cường độ dòng điện chạy qua mạch b) Điện lượng chạy qua tiết diện dây dẫn c) Số electron đi qua tiết diện dây dẫn

Lời giải:

Câu a) Tính cường độ dòng điện:

Áp dụng định luật Ohm: $$I = \frac{U}{R} = \frac{20}{10} = 2 \text{ A}$$

Câu b) Tính điện lượng:

Đổi thời gian: $t = 5 \times 60 = 300$ giây

$$q = I \cdot t = 2 \times 300 = 600 \text{ C}$$

Câu c) Tính số electron:

$$n = \frac{q}{e} = \frac{600}{1.6 \times 10^{-19}} = 3.75 \times 10^{21} \text{ electron}$$

Kết luận:

• Dòng điện: 2 A
• Điện lượng: 600 C
• Số electron: $3.75 \times 10^{21}$ hạt

VIII. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết về điện lượng (điện tích):

Công thức cơ bản quan trọng nhất: $$\boxed{q = I \times t}$$

Các công thức khác:

• Điện tích electron: $q = n \cdot e$
• Tụ điện: $q = C \cdot U$
• Điện phân: $m = \frac{A}{nF} \cdot I \cdot t$
• Từ U, R: $q = \frac{U}{R} \cdot t$

Hằng số cần nhớ:

• Điện tích electron: $e = 1.6 \times 10^{-19}$ C
• Hằng số Faraday: $F = 96500$ C/mol

Đơn vị:

• Điện lượng: Coulomb (C)
• Dòng điện: Ampere (A)
• Thời gian: giây (s)

Ứng dụng:

• Điện phân: mạ điện, luyện kim
• Tụ điện: lưu trữ năng lượng
• Dòng điện: truyền tải điện năng

Lời khuyên học tập

📌 Học thuộc công thức gốc: $q = I \times t$ (quan trọng nhất!)

📌 Chú ý đơn vị: Luôn đổi về A (ampere) và s (giây)

📌 Phân biệt rõ: Điện lượng ≠ Điện năng (C ≠ J)

📌 Nhớ hằng số: $e = 1.6 \times 10^{-19}$ C, $F = 96500$ C/mol

📌 Luyện tập: Làm nhiều bài tập từ cơ bản đến nâng cao

📌 Liên hệ thực tế: Pin, ắc quy, tụ điện, điện phân

📌 Kiểm tra đơn vị: Kết quả phải có đơn vị Coulomb (C)

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định