Điện

dòng điện là gì

Điện - chuyển động có hướng của các hạt tích điện dưới tác động điện trường... Các hạt như vậy có thể là: trong chất dẫn điện - electron, trong chất điện phân - ion (cation và anion), trong chất bán dẫn - electron và cái gọi là "lỗ trống" ("độ dẫn của lỗ electron"). Ngoài ra còn có một «dòng điện phân cực», dòng chảy của nó là do quá trình sạc điện dung, tức là từ sự thay đổi hiệu điện thế giữa các bản cực. Không có chuyển động hạt xảy ra giữa các bản, nhưng dòng điện chạy qua tụ điện.

Trong lý thuyết về mạch điện, dòng điện được coi là chuyển động có hướng của các hạt mang điện trong môi trường dẫn điện dưới tác dụng của điện trường.

Dòng điện dẫn (chỉ dòng điện) trong lý thuyết về mạch điện là lượng điện chạy trong một đơn vị thời gian qua tiết diện ngang của dây dẫn: i = q /T, trong đó i — dòng điện. MỘT; q = 1,6·109 — điện tích electron, С; t — thời gian, s.

Biểu thức này hợp lệ cho các mạch DC. Đối với mạch điện xoay chiều, cái gọi là Giá trị dòng điện tức thời bằng tốc độ biến thiên của điện tích theo thời gian: i(t) = dq /dt.

Điều kiện đầu tiên cho sự tồn tại lâu dài của dòng điện thuộc loại được xem xét là sự hiện diện của nguồn hoặc máy phát duy trì sự khác biệt tiềm năng giữa các hạt mang điện. Điều kiện thứ hai là đóng đường. Đặc biệt, để tồn tại dòng điện một chiều, cần phải có một đường dẫn khép kín dọc theo đó các điện tích có thể di chuyển trong mạch mà không thay đổi giá trị của chúng.

Như bạn đã biết, theo định luật bảo toàn điện tích, chúng không thể được tạo ra hoặc phá hủy. Do đó, nếu bất kỳ một thể tích không gian nào có dòng điện chạy qua được bao quanh bởi một mặt kín thì cường độ dòng điện chạy trong thể tích đó phải bằng cường độ dòng điện chạy ra khỏi thể tích đó.

Thêm về điều này: Điều kiện tồn tại dòng điện

Con đường kín mà dòng điện chạy qua được gọi là mạch điện hoặc mạch điện. Mạch điện — được chia thành hai phần: phần bên trong, trong đó các hạt mang điện chuyển động ngược với hướng của lực tĩnh điện, và phần bên ngoài, trong đó các hạt này chuyển động theo hướng của lực tĩnh điện. Các đầu của các điện cực mà mạch ngoài được kết nối được gọi là kẹp.

Vì vậy, một dòng điện xảy ra khi một điện trường xuất hiện trên một phần của mạch điện hoặc sự khác biệt tiềm năng giữa hai điểm trên một dây dẫn. Sự khác biệt tiềm năng giữa hai điểm mạch điện được gọi là điện áp hoặc độ giảm điện áp trong phần đó của mạch.

Thay vì thuật ngữ "hiện tại" ("current số lượng"), thuật ngữ "cường độ hiện tại" thường được sử dụng.Tuy nhiên, điều thứ hai không thể được gọi là thành công, vì cường độ dòng điện không phải là bất kỳ lực nào theo nghĩa đen của từ này, mà chỉ là cường độ chuyển động của các điện tích trong dây dẫn, lượng điện truyền qua mỗi đơn vị thời gian qua dây dẫn. tiết diện của dây dẫn.
Dòng điện được đặc trưng cường độ dòng điện, trong hệ SI được đo bằng ampe (A) và mật độ dòng điện, trong hệ SI được đo bằng ampe trên mét vuông.

Một ampe tương ứng với chuyển động qua mặt cắt ngang của dây trong một giây (s) của một điện tích với lượng một coulomb (C):

1A = 1C/s.

Trong trường hợp chung, biểu thị dòng điện bằng chữ i và điện tích q, ta được:

tôi = dq / dt.

Đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A).

Ampe (A) — cường độ của dòng điện một chiều khi đi qua hai dây dẫn thẳng song song có chiều dài vô hạn và tiết diện không đáng kể, đặt trong chân không cách nhau 1 m, tạo ra giữa các dây dẫn này 2·10 -7 H cho mỗi mét chiều dài .

Cường độ dòng điện trong ống dây là 1 A nếu một điện tích 1 culông chuyển qua tiết diện ngang của ống dây trong 1 s.

Cơm. 1. Chuyển động có hướng của các electron trong dây dẫn

Nếu một điện áp hoạt động trên dây, thì một điện trường phát sinh bên trong dây. Với cường độ trường E, một lực f = Ee tác dụng lên các electron mang điện tích e. Các đại lượng e và E là các đại lượng vectơ. Trong đường đi tự do, các electron thu được chuyển động có hướng cùng với chuyển động hỗn loạn. Mỗi electron mang điện tích âm và nhận thành phần vận tốc ngược chiều với vectơ E (Hình 1). Chuyển động có trật tự, được đặc trưng bởi tốc độ trung bình nhất định của các electron vcp, xác định chiều chuyển động của dòng điện.

Electron có thể chuyển động có hướng trong khí hiếm. Trong chất điện phân và chất khí bị ion hóa, dòng điện chủ yếu là do sự chuyển động của các ion. Phù hợp với thực tế là các ion tích điện dương di chuyển từ cực dương sang cực âm trong chất điện phân, trong lịch sử, chiều của dòng điện được giả định là ngược với chiều của dòng điện tử.

Chiều của dòng điện được coi là chiều chuyển động của các hạt mang điện tích dương, tức là ngược chiều chuyển động của êlectron.
Trong lý thuyết về mạch điện, chiều của dòng điện trong mạch thụ động (bên ngoài các nguồn năng lượng) được coi là chiều chuyển động của các hạt tích điện dương từ nơi có điện thế cao hơn đến nơi có điện thế thấp hơn. Hướng này được thực hiện ngay từ khi bắt đầu phát triển kỹ thuật điện và mâu thuẫn với hướng chuyển động thực sự của các hạt mang điện - các electron chuyển động trong môi trường dẫn điện từ âm sang dương.

Chiều dòng điện trong chất điện phân và các êlectron tự do trong dây dẫn

Đại lượng bằng tỉ số giữa cường độ dòng điện và diện tích tiết diện S gọi là mật độ dòng điện: I/S

Trong trường hợp này, giả thiết rằng dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn. Mật độ dòng điện trong dây dẫn thường được đo bằng A/mm2.

Theo loại hạt tải điện và môi trường chuyển động của chúng, chúng được chia thành dòng điện dẫn điện và dòng điện dịch chuyển... Độ dẫn điện được chia thành điện tử và ion. Đối với các chế độ đứng yên, hai loại dòng điện được phân biệt: trực tiếp và xoay chiều.

Chuyển điện tích gọi là hiện tượng chuyển điện tích từ các hạt mang điện hoặc vật mang điện chuyển động trong không gian tự do.Hình thức truyền dòng điện chính là chuyển động trong khoang của các hạt mang điện cơ bản (chuyển động của các electron tự do trong các ống điện tử), chuyển động của các ion tự do trong các thiết bị phóng điện khí.

Dòng dịch chuyển (dòng phân cực) gọi là chuyển động có trật tự của các hạt mang điện liên kết. Loại dòng điện này có thể được quan sát thấy trong chất điện môi.

Dòng điện toàn phần — một giá trị vô hướng bằng tổng của dòng dẫn điện, dòng truyền điện và dòng dịch chuyển điện qua bề mặt đang được xem xét.

Hằng số được gọi là dòng điện có thể thay đổi độ lớn nhưng không đổi dấu trong thời gian dài tùy ý. Đọc thêm về nó ở đây: DC

từ hóa hiện tại — một dòng điện vi mô (ampere) không đổi, là nguyên nhân của sự tồn tại của từ trường nội tại của các chất bị từ hóa.

Các biến được gọi là hiện tại thay đổi định kỳ cả về cường độ và dấu hiệu. Đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều là tần số (trong hệ SI, nó được đo bằng hertz), trong trường hợp cường độ của nó thay đổi theo chu kỳ.

Dòng điện xoay chiều có tần số cao dịch chuyển trên bề mặt dây dẫn. Dòng điện cao tần được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí để xử lý nhiệt bề mặt các bộ phận và hàn, trong luyện kim để nấu chảy kim loại. Dòng điện xoay chiều được chia thành hình sin và không hình sin… Dòng điện hình sin là dòng điện biến đổi theo quy luật điều hòa:

tôi = tội wt,

Tôi đang ở đâu, - giá trị hiện tại cao nhất (cao nhất), Ah,

Tốc độ biến thiên của dòng điện xoay chiều được đặc trưng bởi Tính thường xuyên, được định nghĩa là số lần dao động lặp đi lặp lại hoàn chỉnh trong một đơn vị thời gian.Tần số được ký hiệu bằng chữ f và được đo bằng hertz (Hz). Vì vậy, tần số dòng điện chính là 50 Hz tương ứng với 50 dao động hoàn chỉnh mỗi giây. Tần số góc w là tốc độ thay đổi của dòng điện tính bằng radian trên giây và có liên quan đến tần số theo một mối quan hệ đơn giản:

w = 2pi f

Các giá trị cố định (cố định) của dòng điện một chiều và xoay chiều có nghĩa bằng chữ in hoa I các giá trị không cố định (tức thời) - bằng chữ i. Thông thường chiều dương của dòng điện là chiều chuyển động của các điện tích dương.

Dòng điện xoay chiều Đó là dòng điện biến đổi theo quy luật hình sin theo thời gian.

Dòng điện xoay chiều cũng có nghĩa là dòng điện trong mạng một pha và ba pha thông thường. Trong trường hợp này, các thông số của dòng điện xoay chiều thay đổi theo quy luật điều hòa.

Vì dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian nên các giải pháp đơn giản phù hợp với mạch điện một chiều không thể áp dụng trực tiếp ở đây. Ở tần số rất cao, các điện tích có thể dao động—dòng chảy từ nơi này sang nơi khác trong mạch điện và ngược lại. Trong trường hợp này, không giống như mạch điện một chiều, dòng điện trong các dây nối tiếp có thể không bằng nhau.

Điện dung có trong mạch điện xoay chiều tăng cường hiệu ứng này. Ngoài ra, khi dòng điện thay đổi, hiệu ứng tự cảm ứng được cảm nhận, hiệu ứng này trở nên đáng kể ngay cả ở tần số thấp nếu sử dụng cuộn dây có độ tự cảm cao.

Ở tần số tương đối thấp, mạch điện xoay chiều vẫn có thể được tính bằng cách sử dụng Quy tắc Kirchhoffmà, tuy nhiên, phải được sửa đổi cho phù hợp.

Một mạch chứa nhiều điện trở, cuộn cảm và tụ điện khác nhau có thể được coi là một điện trở, tụ điện và cuộn cảm tổng quát mắc nối tiếp.

Hãy xem xét các tính chất của một mạch như vậy được kết nối với một máy phát điện xoay chiều hình sin. Để hình thành các quy tắc tính toán mạch điện xoay chiều, bạn cần tìm mối quan hệ giữa độ sụt điện áp và cường độ dòng điện đối với từng thành phần của mạch điện đó.

Tụ điện đóng những vai trò hoàn toàn khác nhau trong mạch AC và DC. Ví dụ, nếu một tế bào điện hóa được kết nối với mạch điện, thì tụ điện sẽ bắt đầu tích điệncho đến khi điện áp trong nó bằng với emf của phần tử. Sau đó, quá trình sạc sẽ dừng lại và dòng điện sẽ giảm xuống bằng không.

Nếu mạch được kết nối với một máy phát điện xoay chiều, thì trong một nửa chu kỳ, các electron sẽ chảy từ bản bên trái của tụ điện và tích tụ ở bên phải và ngược lại ở mặt kia.

Các electron chuyển động này tạo thành một dòng điện xoay chiều có cường độ bằng nhau ở hai bên tụ điện. Miễn là tần số AC không quá cao, dòng điện qua điện trở và cuộn cảm cũng giống nhau.

Trong các thiết bị tiêu thụ dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều thường được chỉnh lưu chỉnh lưu để có được dòng điện một chiều.

Dây dẫn cho dòng điện

Dòng điện dưới mọi hình thức là một hiện tượng động học, tương tự như dòng chảy của chất lỏng trong các hệ thống thủy lực kín. Tương tự, quá trình chuyển động của dòng điện được gọi là «dòng chảy» (dòng điện).

Vật liệu trong đó dòng điện chạy qua được gọi là Nhạc trưởng… Một số vật liệu đi vào trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ thấp. Ở trạng thái này, chúng hầu như không có điện trở đối với dòng điện, điện trở của chúng có xu hướng bằng không.

Trong tất cả các trường hợp khác, dây dẫn chống lại dòng điện và kết quả là một phần năng lượng của các hạt điện được chuyển thành nhiệt.Cường độ dòng điện có thể được tính bằng Định luật Ohm cho tiết diện của đoạn mạch và định luật Ôm đối với toàn mạch.

Tốc độ chuyển động của các hạt trong dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu làm dây, khối lượng và điện tích của hạt, nhiệt độ môi trường, hiệu điện thế đặt vào và nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, tốc độ lan truyền của dòng điện chính bằng tốc độ ánh sáng trong một môi trường nhất định, nghĩa là tốc độ lan truyền của mặt trước của sóng điện từ.

Điện ảnh hưởng đến cơ thể con người như thế nào

Dòng điện đi qua cơ thể người hoặc động vật có thể gây bỏng điện, rung tim hoặc tử vong. Mặt khác, dòng điện được sử dụng trong chăm sóc tích cực, để điều trị các bệnh tâm thần, đặc biệt là trầm cảm, kích thích điện ở một số vùng não được sử dụng để điều trị các bệnh như bệnh Parkinson và động kinh, máy điều hòa nhịp tim kích thích cơ tim với xung hiện tại được sử dụng cho nhịp tim chậm. Ở người và động vật, dòng điện được sử dụng để truyền các xung thần kinh.

Vì lý do an toàn, dòng điện tiếp nhận tối thiểu cho một người là 1 mA. Dòng điện trở nên nguy hiểm đến tính mạng con người bắt đầu từ cường độ khoảng 0,01 A. Dòng điện trở nên nguy hiểm đối với một người bắt đầu từ cường độ khoảng 0,1 A. Điện áp dưới 42 V được coi là an toàn.