Thế nào là sự dẫn điện?
Như các bạn đã biết, một vật chất bất kỳ theo thuyết điện tử là trung hoà về điện. Sự dẫn điện là hiện tượng có dòng điện chạy qua vật chất đó.
Dòng điện: Dòng chuyển dời có hướng của các điện tích (ion dương,ion âm,điện tử) trong một vật chất nào đó. Điều kiện để có dòng điện: Có điện tích tự do và có điện trường
Để có các điện tích tự do phải ion hoá các nguyên tử của vật chất đó.
Để các điện tích tự do chuyển động phải có điện trường tạo ra lực điện trường tác dụng lên các điện tích
Phải có kết cấu vật thể của vật chất để tạo đường dẫn dòng điện ( ví dụ: dây dẫn điện, ống khí, bình chứa chất điện phân…)
Chiều dòng điện: Chiều dương của dòng điện được quy ước là chiều chuyển dời của các điện tích dương theo chiều dương của cường độ điện trường. Do vậy, chiều dương của dòng điện là chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
Quy ước chiều dòng điện
Cường độ dòng điện:
Đại lượng đặc trưng về mặt định lượng của dòng điện là cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện là tốc độ di chuyển của các điện tích qua tiết diện “cắt ngang” của vật thể dẫn điện ( là tiết diện của vật thể dẫn điện vuông góc với chiều chuyển động của dòng điện )
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ dòng điện và chiều thay đổi theo thời gian
Biểu thức xác định cường độ dòng điện: I = q/t, trong đó t là khoảng thời gian đủ nhỏ, q là điện tích chạy qua tiết diện cắt ngang trong thời gian t
Nếu biết quy luật chuyển động của điện tích theo thời gian q(t), cường độ dòng điện xác định theo biểu thức I = dq(t)/dt ( đạo hàm của điện tích q(t) theo thời gian t)
Dòng điện một chiều không đổi gọi tắt là dòng điện một chiều, là dòng điện có cường độ và chiều không thay đổi theo theo thời gian. Biểu thức xác định cường độ dòng điện một chiều I = q/ t, trong đó q là điện tích chạy qua tiết diện cắt ngang trong thời gian t
Đơn vị đo cường độ dòng điện là Ampe ( A ): A = C/s. 1A là cường độ của dòng điện mà trong 1 giây có điện tích là 1Culông chuyển dời qua tiết diện cắt ngang của vật dẫn. Bội số và ước số của đơn vị Ampe là:
1kA = 10^3A = 10^6mA = 10^9A
Sự dẫn điện
Bản chất dòng điện trong các chất khác nhau
Dòng điện trong kim loại
- Trong vật dẫn bằng kim loại đã có sẵn các điện tử tự do chuyển động quanh các hạt nhân nằm ở các nút của cấu tạo mạng tinh thể kim loại.
- Đặt vào hai đầu vật dẫn một điện áp, trong vật dẫn có điện trường, các điện tử tự do chuyển động trong điện trường từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao, tạo ra dòng điện trong kim loại. Chiều chuyển động của các điện tử ngược với chiều dương quy ước của dòng điện
- Dùng vật dẫn kim loại để làm dây dẫn điện. Đại lượng cho biết khả năng dẫn dòng của dây dẫn điện là mật độ dòng điện: = I/S. Đơn vị của là A/mm2. Trong kĩ thuật điện mật độ dòng điện là một tham số để tính chọn dây dẫn điện.
- Dòng điện chạy trong dây dẫn kim loại có hai biểu hiện rõ rệt: Phát nhiệt trên dây dẫn và tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn
Dòng điện trong chất điện phân
Chất điện phân là chất mà các nguyên tố hoá học trong đó đã được phân ly thành các ion dương và ion âm ( ví dụ: muối ăn NaCl hoà tan trong nước H20 sẽ được phân ly thành ion dương Na+ và ion âm Cl- )
Nhúng hai bản cực kim loại vào chất điện phân, cấp điện áp vào hai bản cực điện trường gây ra bởi điện áp này làm các ion dương và âm chuyển động tạo ra dòng điện trong chất điện phân
Ứng dụng dòng điện trong chất điện phân để mạ điện và tạo những nguồn điện hoá
Dòng điện trong chất khí
- Nguyên tử của chất khí trung hoà về điện và có kết cấu vững chắc ( khó ion hoá )
- Bằng một tác nhân nào đó ( nhiệt, quang, va đập cơ học, một điện trường rất mạnh… ) tác động vào nguyên tử khí trung hoà để một số nguyên tử khí bị ion hoá
- Tạo ra một điện trường đủ lớn trong môi trường đã có một số nguyên tử chất khí bị ion hoá, sẽ xuất hiện dòng chuyển dời của các ion dương, ion âm và điện tử, đó là dòng điện ban đầu trong chất khí. Dòng điện ban đầu tiếp tục ion hoá ( do các điện tử, các ion dương, các ion âm của các nguyên tử khí đã được ion hoá chuyển động trong điện trường va đập vào các nguyên tử khí khác ) gây ra phản ứng dây chuyền làm cho sự dẫn điện của chất khí diễn ra nhanh và mạnh.
- Đồng thời với quá trình ion hoá là quá trình tái hợp của ion dương với các điện tử để tạo thành phân tử khí trung hoà. Nếu vì lý do nào đó quá trình tái hợp mạnh hơn quá trình ion hoá thì dòng điện trong chất khí bị ngắt.
- Sự dẫn điện của chất khí có kèm theo hiện tượng phát nhiệt và phát quang gọi là hồ quang điện. Mức độ phát nhiệt, phát quang và màu sắc tuỳ thuộc vào từng loại chất khí khác nhau.
- Ứng dụng dòng điện trong chất khí để làm các đèn phát sáng, hàn hồ quang và giải thích hiện tượng sấm sét.