• Cần giúp đỡ? Hãy gọi:   0938.788.458
Tất cả danh mục
Điện tử

ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN

1. Sự tách ly điện tích 

Khi ta cọ xát miếng da lông với thanh nhựa, các điện tích bị tách ly. Đẻ đơn giản hóa việc mô tả sự tách ly điện tích, chúng ta dùng đến mô hình nguyên tử natri (Hình 1). Khi ta lấy mất một electron của natri, điện tích dương sẽ chiếm đa phần (proton). Nguyên tử được nạp điện dương. Ngược lại nếu natri nhận thêm một electron, nó sẽ có nhiều hạt mang điện tích âm hơn dương. Nguyên tử được nạp điện âm (Hình 2).


Dưới kính hiển vi, một mảnh rất nhỏ của miếng da lông và thanh nhựa hiện ra như hai mặt phẳng đối diện nhau. Trong tình trạng ban đầu, miếng da lông và thanh nhựa trung hòa về điện đối với bên ngoài (Hình 3). Bằng cách cọ xát, các electron từ thanh nhựa được truyền qua miếng da lông. Như thế rõ ràng công cơ học được biến thành công tách ly điện tích (Hình 4). Khi ta cọ xát càng nhiều, có nghĩa công tách ly điện tích được thực hiện càng nhiều, miếng da lông càng bị thanh nhựa hút mạnh hơn. Từ sự liên hệ này, ta có một định nghĩa đầu tiên về điện áp:


Điện áp là số đo cho công tách ly điện tích của từng điện tích.
Điện áp = Sự chênh lệch điện thế (hiệu thế).
Với công thức ta có:
U=W/Q
U= Điện áp
W= Công cách ly điện tích 
Q= Điện tích 
Để tỏ sự trân trọng đối với nhà vật lý người Ý Volta, người ta lấy mẫu tự v làm đơn vị điện áp [U] = V (đọc là Vôn)
Càng cọ xát miếng da lông với thanh nhựa, ta càng làm gia tăng sức hút từ thanh nhựa tác dụng lên miếng da lông. Sức hút lớn hơn chỉ do cố gắng trung hòa lớn hơn của các điện tích đối nghịch tạo nên. Vi ma sát nhiều hơn (công tách ly điện tích) tạo nên điện áp lớn hơn, ta có thêm định nghĩa tiếp theo về điện áp:
Điện áp là cố gắng trung hòa của các điện tích đối nghịch.

2. Tạo ra điện áp
Việc tạo ra điện áp luôn luôn dựa vào hình thức biến đổi năng lượng, thí dụ cơ năng thành điện năng. Thiết bị biến đổi năng lượng như thế (Hình 1) được gọi là nguồn điện áp. Chúng ta đã có phương trình định nghĩa U = W/Q cho nguồn điện áp.


Điện năng được lưu trữ trong các nguồn điện áp.
Những thiết bị biến đổi năng lượng (nguồn điện áp) thông thường:
+ Pin (phản ứng hóa học) (Hình 2)
+ Cặp nhiệt điện (tác dụng nhiệt)
+ Bật lửa (tinh thể bị biến dạng)
+ Cuộn cảm ứng (cảm ứng)
+ Tế bào quang điện (với tác dụng ánh sáng)


Các nguồn điện áp có hai mối nối, được gọi là hai cực. Ta có cực âm của nguồn điện áp, ở đây thừa electron và cực dương của nguồn điện áp, ở đây thiếu electron (Hình 3).

3. Các loại điện áp
Tinh chất của điện áp bao gồm trị số điện áp và sự phụ thuộc thời gian. Sự tạo ra điện áp hay mạch điện có thể xác định tính chất thời gian khác nhau của điện áp. Máy hiện sóng (còn gọi dao động ký) có thể trình bày đường biểu diễn theo thời gian cùa điện áp. Máy hiện sóng chỉ đo điện áp và được nối song song với tải (điện trở...). Đường biểu diễn điện áp hiển thị trên mặt màn hình máy hiện sóng, ờ trục X diễn đạt tính chất thời gian và ờ trục Y là biên độ (trị số điện áp).
Điện áp một chiều (Hình 1) là điện áp có trị số điện áp (biên độ) không thay đổi theo thời gian. Các nguồn điện áp có được do tách ly điện tích bằng phản ứng hóa học thường là nguồn điện áp một chiều.


Thí dụ như pin trong đèn pin, ắc quy trong xe hơi.
Điện áp xoay chiều (Hình 2), ngược với điện áp một chiều điện áp xoay chiều thay đổi trị số điện áp trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Loại điện áp này còn có nhiều đặc điểm khác nữa rất quan trọng trong kỹ thuật, do vậy chúng sẽ được bàn đến trong một chương riêng.


Điện áp hổn hựp (Hình 3) là kết quả của sự chồng chất (giao thoa) của điện áp xoay chiều và một chiều. Điện áp hỗn hợp gần giống như điện áp xoay chiều về sự phụ thuộc vào thời gian. Trái với điện áp xoay chiều, biên độ của điện áp hỗn hợp không tăng giảm chung quanh điểm 0.

4. Dòng điện 
Dòng điện chuyên chở năng lượng điện. Nếu ta nối một bóng đèn sợi tóc với một cục pin bằng các dây đồng, bóng đèn cháy sáng. Năng lượng tích trữ trong pin rõ ràng được chuyên chờ đến bóng đèn qua dây điện và được biến đổi thành ánh sáng.
Điện áp có khuynh hướng làm cân bằng các điện tích đối nghịch. Tại nguồn điện áp, ta có một cực thừa electron và một cực thiếu electron. Khi ta nối mạch điện từ nguồn điện áp qua dây điện đến bóng đèn, như thế các electron sẽ dịch chuyển từ một cực của nguồn điện áp qua dây điện (Hình 4) và bóng đèn. Một dòng điện chạy qua bóng đèn. Bóng đèn cháy sáng.


Dòng điện là sự chuyển động có định hướng của các điện tích.
Các electron được nguồn điện áp đẩy đi từ một cực của nguồn điện áp qua một mạch điện khép kín để đến một cực khác của nguồn điện áp. Mạch điện kín đi từ nguồn điện áp qua dây điện (dây đồng) đến bóng đèn và từ đó qua dây điện lại trở về nguồn điện áp.
Dây dẫn điện là những vật liệu chứa những hạt mang điện tích tự do (thí dụ electron).
Electron rời xa khỏi nguồn điện áp thừa electron tới lấp vào chính xác một chỗ trống ở phía nguồn điện áp thiếu electron.
Số lượng hạt mang điện tích (electron) chạy đi và chạy đến nguồn điện áp phải bằng nhau.
Dòng điện không “mất đi" và không bị tiêu thụ.
Dòng điện tạo ra sự cân bằng điện tích tại các nguồn điện áp, làm cho điện áp tại các nguồn điện áp giảm đi (Hình 1). Hiệu ứng này có thể tác dụng ngược lại (tăng điện áp), bằng cách tách ly điện tích trở lại, thí dụ như việc nạp điện (sạc) cho pin. (Hình 2). Trong một cục pin của đèn pin, ta có sự biến đổi liên tục năng lượng hóa học thành công tách ly điện tích. Đây là một quá trình có giới hạn, cuối cùng là đèn pin sẽ tắt. Từ quan điểm kỹ thuật điện, điện áp của pin (nguồn điện áp) do sự cân bằng điện tích sẽ giảm đi cho đến khi hoặc không còn dòng điện hay chỉ còn dòng điện rất nhỏ chạy trong mạch điện. Đèn pin sẽ cháy sáng rất yếu hay không phát sáng nữa.


Các đại lượng đặc trưng của dòng điện
“Cường độ dòng điện’’ và “mật độ dòng điện” có thể mô tả chính xác định lượng của dòng điện.
Cường độ dòng điện I tỉ lệ với lượng điện tích Q dịch chuyển trong dây dẫn điện trong từng đơn vị thời gian.
Từ sự liên hệ này ta có phương trình định nghĩa của cường độ dòng điện:
I=Q/t
[I]=As/s
Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampere  [I] = A
Sau khi biến đổi phương trình trên theo Q, ta được:
Q = I.
Hướng dòng điện:
Hướng dòng điện kỹ thuật từ cực dương đến cực âm của nguồn điện áp, ngược với chiều di chuyển của electron (Hình 3).