CHỦ ĐỀ 4. DÒNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỆN. BÀI 1. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 4. DÒNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỆN. BÀI 1. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
Học xong bài học này, bạn có thể • Thực hiện thí nghiệm (hoặc dựa vào tài liệu đa phương tiện), nêu được cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện và được xác định bằng điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian. • Định nghĩa được đơn vị đo điện lượng coulomb là lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s khi có cường độ dòng điện 1A chạy qua dây dẫn. • Vận dụng được biểu thức I = Snve cho dây dẫn có dòng điện, với n là mật độ hạt mang điện, S là tiết diện thẳng của dây, v là tốc độ dịch chuyển của hạt mang điện tích e.
KHỞI ĐỘNG
Khởi động
Khởi động: Muốn truyền năng lượng điện từ nơi này đến nơi khác người ta dùng dây dẫn để truyền dòng điện. Với một đường dây dẫn điện, năng lượng điện truyền trên dây càng lớn, dòng điện chạy trong dây càng mạnh. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng nào?
I. CHUYỂN ĐỘNG CÓ HƯỚNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN
1. Hạt mang điện chuyển động trong kim loại
Khi nối dây dẫn kim loại với nguồn điện thì sẽ có dòng điện chạy qua dây dẫn (Hình 1.1). Chiều dòng điện được quy ước là chiều từ cực dương của nguồn điện đang tạo ra dòng điện, qua dây dẫn đến cực âm. Bên trong kim loại có các electron tự do chuyển động (Hình 1.2). Chúng được gọi là các electron dẫn, bởi vì chúng là các hạt cho phép kim loại dẫn điện. Ngoài ra, bên trong kim loại có ion dương liên kết chặt chẽ với nhau. Khi không có tác dụng của điện trường ngoài, các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn, không tạo ra dòng điện trong kim loại. Khi nguồn điện được nối với dây dẫn kim loại, nguồn điện tác dụng lực lên các electron dẫn làm cho chúng vừa chuyển động hỗn loạn vừa di chuyển theo chiều từ cực âm hướng về cực dương.
+ Hình 1.1; 1.2
Ảnh
Ảnh
2. Hạt mang điện chuyển động trong dung dịch chất điện phân
Dòng điện có thể chạy qua dung dịch muối, acid hoặc base; chúng được gọi chung là chất điện phân. Trong dung dịch, chất điện phân tách ra thành các ion trái dấu: ion dương và ion âm chuyển động tự do. Ví dụ, trong dung dịch muối ăn, phân tử NaCl phân li thành ion dương Na và ion âm C1 . Khi dung dịch chất điện phân được nối với nguồn điện, các ion mang điện tích trái dấu sẽ chuyển động ngược chiều nhau.
+ Hình 1,3
Ảnh
+ Câu hỏi 1
Câu hỏi 1 trang 86 Vật Lí 11: Các hạt mang điện trong kim loại có đặc điểm gì?
+ Câu hỏi 2
Câu hỏi 2 trang 87 Vật Lí 11: Tại sao các electron chuyển động có hướng khi nối dây dẫn với nguồn điện?
+ Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 87 Vật Lí 11: Tại sao các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau?
+ Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 87 Vật Lí 11: Dòng điện có thể chạy qua nước sông, nước máy không? Tại sao?
II. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN
1. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện
Dòng điện có thể gây ra tác dụng nhiệt, tác dụng phát sáng, tác dụng hoá học, tác dụng từ và tác dụng sinh lí. Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện và được đo bằng đơn vị ampe, kí hiệu là A. Để biểu diễn dòng điện có cường độ nhỏ, ta sử dụng các đơn vị miliampe (mA) hoặc microampe (uA): 1 mA = 10^-3 A; 1 μA = 10^-6 A
2. Định nghĩa cường độ dòng điện
Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các hạt mang điện tích dương. Hình 1.4 mô tả các hạt mang điện chuyển dời qua một tiết diện thẳng S của vật dẫn. Nếu số lượng hạt tải điện chuyển qua tiết diện S trong một đơn vị thời gian càng lớn thì cường độ dòng điện càng lớn. Số lượng hạt mang điện càng lớn thì lượng điện tích (điện lượng) càng lớn. Vì thế, ta cũng có thể nói điện lượng chuyển qua tiết diện S trong một đơn vị thời gian càng lớn thì cường độ dòng điện càng lớn.
Ảnh
+ Định nghĩa 1
Cường độ dòng điện được xác định bằng điện lượng (lượng điện tích) chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian: Cường độ dòng điện = điện lượng / thời gian (1.1) Nếu kí hiệu cường độ dòng điện là I, điện lượng là ∆q và thời gian là ∆t thì biểu thức (1.1) dưới dạng kí hiệu là: I=∆q/∆t Như vậy, tốc độ chuyển dời điện tích qua tiết diện thẳng của vật dẫn càng lớn thì cường độ dòng điện tại đó càng lớn. Cường độ dòng điện có thể thay đổi theo thời gian. Do vậy, biểu thức (1.1) xác định giá trị trung bình của cường độ dòng điện. Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian được gọi là dòng điện không đổi. Từ (1.1), suy ra biểu thức xác định điện lượng: Δq = Ι.Δt (1.2)
+ Định nghĩa 2
Điện lượng là lượng điện tích nên cùng đơn vị với điện tích: coulomb (culông), kí hiệu là C. Từ (1.2), có thể định nghĩa đơn vị đo điện lượng: 1 coulomb là lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s khi có cường độ dòng điện 1 A chạy qua dây dẫn. Lưu ý rằng, ampe và coulomb đều là đơn vị SI, trong đó ampe là đơn vị cơ bản, còn coulomb là đơn vị dẫn xuất.
3. Tốc độ dịch chuyển có hướng của hạt mang điện
Đồng, bạc, vàng là các kim loại dẫn điện tốt, có rất nhiều electron dẫn trong các kim loại này. Ví dụ, trong mỗi mét khối đồng có khoảng 10^29 electron dẫn. Ta nói, mật độ electron dẫn trong đồng là: n = 10^29 m^-3 Xét mô hình gồm các hạt mang điện có điện tích nguyên tố e, dịch chuyển có hướng với tốc độ v trong dây dẫn có chiều dài l và tiết diện thẳng S, tạo ra dòng điện có cường độ I (Hình 1.5). Mật độ hạt mang điện trong dây dẫn này là n. Giá trị điện tích nguyên tố: e = 1,6.10^-19 C. Từ (1.1), có thể suy luận biểu thức xác định cường độ dòng điện: I = Snve (1.3) Từ (1.3), rút ra biểu thức xác định tốc độ dịch chuyển có hướng của hạt mang điện: V = I / Sne (1.4)
+ Định nghĩa 1
Từ (1.4), có thể thấy: Một dòng điện đi qua hai đoạn dây dẫn đồng chất, ở đoạn dây mảnh hơn, tức tiết diện S nhỏ hơn thì tốc độ dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện sẽ lớn hơn.
Ảnh
+ Luyện tập 1
Luyện tập 1 trang 88 Vật Lí 11: Kể tên một số thiết bị điện. Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng nào của dòng điện?
+ Luyện tập 2
Luyện tập 2 trang 88 Vật Lí 11: Nối hai đầu một đèn sợi đốt vào hai cực của một viên pin.
+ Thực hành
Thực hành, khám phá trang 88 Vật Lí 11: Cho các dụng cụ: 01 đồng hồ đo điện đa năng, 01 pin 1,5 V, 01 biến trở 100 Ω, 01 bóng đèn sợi đốt loại 1,5V, dây điện, công tắc, bảng để lắp mạch điện.
Tìm hiểu thêm
Tìm hiểu thêm trang 89 Vật Lí 11: Dòng điện không đổi là dòng điện một chiều. Nhưng ngược lại thì không đúng. Có những dòng điện không đổi chiều nhưng lại có cường độ thay đổi, ví dụ như xung điện một chiều trong vật lí trị liệu. Hãy tìm hiểu thêm về đặc điểm của xung điện một chiều.
Luyện tập 3
Luyện tập 3 trang 89 Vật Lí 11: Dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim loại có cường độ là 1 A. Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s.
Vận dụng
Vận dụng trang 90 Vật Lí 11: Đoạn dây đồng có tiết diện thẳng 5.10-6 m, mật độ electron dẫn 8,5.1028/m3 và đang có cường độ dòng điện 1 A chạy qua. Tính tốc độ dịch chuyển có hướng của electron trong đoạn dây này. Giải thích tại sao tốc độ dịch chuyển có hướng của electron rất nhỏ.
DẶN DÒ
DẶN DÒ
DẶN DÒ
+ Ôn lại các kiến thức vừa học. + Làm thêm bài tập trong sách bài tập. + Chuẩn bị trước bài sau.
CẢM ƠN
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG.