Cường Độ Dòng Điện
Tác dụng mạnh yếu của dòng điện, công thức $I=\Delta q/\Delta t$, dòng điện trong kim loại, ý nghĩa thông số mA.h
Để khảo sát độ mạnh yếu của dòng điện, ta dùng ampe kế mắc nối tiếp trong mạch và quan sát số chỉ của nó khi thay đổi biến trở.
▸ Thí nghiệm 1: Mạch có bóng đèn
Mạch gồm nguồn điện, biến trở, ampe kế, bóng đèn mắc nối tiếp:
- Tăng số chỉ ampe kế → bóng đèn sáng mạnh hơn.
- Giảm số chỉ ampe kế → bóng đèn sáng yếu hơn.
▸ Thí nghiệm 2: Mạch có nam châm điện
Thay bóng đèn bằng nam châm điện:
- Tăng số chỉ ampe kế → nam châm hút được nhiều ghim giấy hơn.
- Giảm số chỉ ampe kế → nam châm hút được ít ghim giấy hơn.
Định nghĩa: Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong một đơn vị thời gian.
Trong đó:
- $I$ – cường độ dòng điện, đơn vị ampe (A).
- $\Delta q$ – điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng, đơn vị culông (C).
- $\Delta t$ – thời gian, đơn vị giây (s).
▸ Công thức suy ra (tính điện lượng)
▸ Ý nghĩa của đơn vị culông (C)
1 culông là điện lượng của các hạt mang điện chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 giây bởi dòng điện có cường độ 1 A:
▸ Liên hệ điện lượng với số electron
Mỗi electron mang điện tích $e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C. Nếu có $N$ electron đi qua tiết diện thẳng thì điện lượng tổng cộng là:
Trong kim loại tồn tại các electron tự do – đây là những electron không liên kết với nguyên tử, có thể chuyển động tự do về mọi hướng.
Khi dây dẫn được nối với nguồn điện → trong dây xuất hiện điện trường. Dưới tác dụng của lực điện, các electron tự do (mang điện âm) dịch chuyển có hướng ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.
→ Trong dây kim loại, chiều dòng điện NGƯỢC chiều dịch chuyển của các electron tự do.
▸ Liên hệ giữa cường độ dòng điện với mật độ và tốc độ hạt
Các đại lượng:
- $S$ – diện tích tiết diện thẳng của dây dẫn (m²).
- $n$ – mật độ hạt mang điện tự do (số electron/m³).
- $v$ – tốc độ dịch chuyển có hướng của electron (m/s).
- $e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C – độ lớn điện tích của electron.
Thiết lập công thức:
• Số electron qua tiết diện $S$: $N = n \cdot S \cdot h = n \cdot S \cdot v \cdot \Delta t$
• Điện lượng qua tiết diện: $\Delta q = N \cdot e = n \cdot S \cdot v \cdot e \cdot \Delta t$
• Cường độ dòng điện: $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t} = n \cdot S \cdot v \cdot e$
Trên các thiết bị dự trữ điện năng như pin, acquy, sạc dự phòng thường có ghi thông số mA.h (mili ampe – giờ) hoặc A.h (ampe – giờ).
Trong đó:
- Dung lượng – đơn vị A.h hoặc mA.h.
- $I$ – cường độ dòng điện trung bình, đơn vị A hoặc mA.
- $t$ – thời gian sử dụng (h).
▸ Đổi A.h sang culông (C)
Vì $1$ A.h $= 1$ A $\times$ $3600$ s $= 3600$ C, nên:
Ví dụ: Acquy 60 A.h tương đương điện lượng tối đa $60 \times 3600 = 216\,000$ C $= 2{,}16 \times 10^5$ C.
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t}$ | Cường độ dòng điện theo điện lượng và thời gian. |
| $\Delta q = I \cdot \Delta t$ | Điện lượng qua tiết diện thẳng. |
| $N = \dfrac{\Delta q}{e}$ | Số electron qua tiết diện thẳng ($e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C). |
| $I = Snve$ | Cường độ dòng điện trong dây kim loại. |
| $v = \dfrac{I}{nSe}$ | Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron. |
| $t = \dfrac{\text{Dung lượng}}{I}$ | Thời gian sử dụng pin/acquy. |
| $1\,\text{A.h} = 3600\,\text{C}$ | Đổi đơn vị dung lượng sang culông. |
▸ Lưu ý quan trọng
| Sai lầm thường gặp | Cách khắc phục |
|---|---|
| Nhầm mA.h là culông (C) | mA.h là dung lượng, không phải điện lượng. $1$ A.h $= 3600$ C. |
| Quên đổi đơn vị | Đổi về SI trước khi tính: mm² → m², phút → s, giờ → s. |
| Nhầm chiều dòng điện | Trong kim loại, chiều dòng điện ngược chiều dịch chuyển electron. |
| Tính tốc độ electron nhầm đơn vị | Tiết diện $S$ phải đổi sang m². Kết quả $v$ tính theo m/s, có thể nhỏ cỡ $10^{-4}$ m/s. |
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm sơ đồ tư duy, bảng tóm tắt công thức, các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao và các lỗi sai thường gặp, hãy đọc bài viết bên dưới:
Toàn bộ công thức, các dạng bài tập có hướng dẫn giải chi tiết, sơ đồ tư duy và các lưu ý quan trọng cho kì thi.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Cùng luyện Bài 22 – Cường độ dòng điện!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn