Con người đã tạo ra năng lượng điện và áp dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Chắc rất nhiều người nghe về điện và dòng điện nhưng chưa hiểu rõ và chi tiết về nó. Cùng Vancongnghiepvn.net tìm hiều về kiến thức này dưới bài viết nhé. Nào bắt đầu thôi
Dòng điện là gì?
Dòng điện là gì?
Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện trong một môi trường vật chất nào đó. Các hạt mang điện có thể là các hạt Electron, inox hoặc các chất điện ly. Dòng điện có thể bất kỳ các hạt mang điện nào nhưng phổ biến nhất hiện nay vẫn là các hạt electron nhưng có thể bất kỳ điện tích nào trong chuyển động đều có thể tạo nên dòng điện.
Dòng điện được đo bằng đơn vị Ampe hoặc amp, nó là thông số của số lượng hạt Electron đi qua tiết diện dây dẫn trong một giây. Số lượng hạt electron nhiều hay ít đi qua trong một giây người ta còn gọi đó là cường độ của dòng điện, Ở phần sau chúng ta sẽ tìm hiểu về khái niệm này
Ví dụ thực tế về dòng điện
Tia sét trên bầu trời khi trời chuyển mưa: Tia sét là hiện tượng thường gặp nhất hàng ngày, đây là một dòng điện rất mạnh nó là các electron và ion mang điện trái dấu(điện tích âm và điện tích dương) hoặc giữa các đám mây điện tích và mặt đất mang điện tích trái dấu với nó
Trong viên pin thì dòng điện chính là dòng dịch chuyển của các electron trong dây dẫn khi chúng ta nối giữa điện cực âm và điện cực dương của viên pin
Các dạng của dòng điện
Dòng điện một chiều
Là loại chuyển động đơn hướng của các hạt mang điện, có nghĩa là nó đi từ cực dương(+) của nguồn điện qua các thiết bị điện đến cực âm(-) của nguồn điện. Dòng một chiều có thể tăng hoặc giảm nhưng không bao giờ đổi chiều về hướng của các hạt mang điện. Nó được ký hiệu là DC(tên viết tắt của từ Direct Current)
Dòng điện xoay chiều
Là dòng có chiều dịch chuyển và cường độ biến thiên(Biến đổi) theo thời gian. Các thay đổi này thường tuần hoàn theo chu kỳ nhất định. Trong kỹ thuật và các thiết bị sử dụng điện thì dòng điện xoay chiều được viết tắt là AC(tên tiếng anh Alternating Current)
Lịch sử và sự phát triển của dòng điện
Ai là người tìm ra dòng điện?
Đây là câu hỏi rất thú vị và được rất nhiều bạn đọc quan tâm. Như chúng ta đã biết dòng điện có thể xuất hiện trong tự nhiên như các tia sét, sự chà sát cũng có thể tạo ra dòng điện. Chính vì thế người phát minh hay tìm ra dòng điện cụ thể không được phát minh bởi bất kỳ ai.
Việc tìm ra dòng điện đã có lịch sử cả hàng nghìn năm về trước. Tài liệu cổ cũng có ghi lại rằng người Ai Cập cổ Đại những năm 2750 Trước Công Nguyên có phát hiện ra loại cá điện với tên gọi rất hay là Thiên Lôi Sông Nin để miêu tả về hiện tượng phóng điện gây nguy hiểm và có khả năng giết chết con người khi chạm vào nó
Trong tài liệu có ghi lại rằng người Hy Lạp cổ đại từ những năm 600 Trước Công Nguyên họ đã phát hiện ra hiện tượng chà sát các vật với nhau tạo ra lực hút. Nhưng họ chưa có khái niệm cụ thể về hiện tượng này, chỉ biết rằng có hiện tượng cọ sát hổ phách thì có thể hút được các mẩu giấy mỏng nhỏ, hay nó có thể hút được các loại lông động vật như chó mèo
Đến sau này người Ả Rập thế kỷ 15 có đề cập đến hiện tượng các tia sét trong các văn tự cổ của họ, đây là một phát hiện về dòng điện thực tế trong tự nhiên mà mắt thường con người chúng ta hay nhìn thấy
Lịch sử phát triển của dòng điện
Vào những năm 1600 thì dòng điện trong tâm trí con người vẫn là sự mơ hồ và chưa có một khái niệm cụ thể về dòng điện. Mới chỉ có khái niệm điện được William Gilbert đưa ra dựa trên hiện tượng cọ sát của các vật dẫn đến hiện tượng tĩnh điện. Thuật ngữ được sử dụng ở thời điểm này theo tiếng Latinh là “electricus” có nghĩa là hổ Phách nhằm chỉ vật khi bị chà sát có khả năng hút các vật nhỏ
Thomas Browne vào năm 1646 đã giải thích rõ ràng các khái niệm của William Gilbert và đưa ra khái niệm tiếng anh của khái niệm điện là ”electric” dựa trên tài liệu của William Gilbert
Đến thế kỷ 18, nhà khoa học, nhà phát minh Benjamin Franklin đã làm một thí nghiệm để tìm ra sự liên kết giữa hiện tượng sét tự nhiên liên quan đến điện bằng cách gắn một chìa khóa kim loại vào dây diều, đó là vào tháng 6 năm 1752
Alessandro volta sau này là người hoàn thiện và phát minh ra pin Volta. Đây là một loại pin được sử dụng các tấm kẽm và đồng xếp đan xen nhau, dựa vào các phản ứng hóa học để tạo ra điện năng. Hiện nay đơn vị đo hiệu điện thế được được ký hiệu là (V) chính là viết tắt tên của Volta
Dòng điện ngày nay
Thế kỷ thứ 19 là thời kỳ cực kỳ phát triển khoa học kỹ thuật về điện. Các nhà khoa học lớn xuất hiện với các thí nghiệm và phát minh mà đến ngày nay nó đã là cuộc cách mạng thay đổi nền công nghiệp và cuộc sống của nhân loại
Thomas Edison là người đã làm thay đổi nhân loại khi phát minh ra bóng điện sử dụng dòng điện để chiếu sáng mà đến nay chúng ta vẫn sử dụng trong cuộc sống hàng ngày
là người đã với rất nhiều các phát minh và phát hiện về dòng điện. Ông được cả thế giới biết đến với khái niệm dòng điện xoay chiều được tạo ra bằng động cơ điện và các nghiên cứu về việc vận chuyển dòng điện tạo ra đi xa để cung cấp cho các hệ thống
George Westinghouse là kỹ sư người Mỹ và là một trong số những nhà khoa học đã làm nền móng cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai. Ông là người tiên phong sử dụng dòng điện xoay chiều thay cho dòng điện một chiều và là đổi thủ của Thomas Edison.
Albert Einstein cũng là nhà khoa học lỗi lạc có nhiều đóng góp cho sự phát triển của dòng điện ngày nay, năm 1921 ông đã được trao giải Nobel Vật Lý cho các khám phá về quang điện và ngày nay chính là dạng năng lượng Pin mặt trời mà ngày nay đang được ứng dụng rộng rãi
Năm 1930 là thời kỳ phát triển của tín hiệu vô tuyến điện và cũng là thời kỳ phát triển của khái niệm về chất bán dẫn và các loại mạch điện
Hiện nay điện không thể thiếu được trong cuộc sống và trong lao động sản xuất. Nhờ việc tìm ra dòng điện, hiểu rõ về dòng điện mà hiện nay chúng ta có thể hiểu rõ về nó và cách tạo ra điện năng để phục vụ nhu cầu cuộc sống và công nghiệp. Cùng chúng tôi tìm hiểu về cách tạo ra điện ở phần dưới các bạn nhé
Cách tạo ra điện sử dụng hiện nay
Dòng điện là một phát hiện quan trọng của con người và đến ngày nay nó không thể thiếu được trong cuộc sống thường ngày của chúng ta và trong công nghiệp sản xuất. Vậy hiện nay con người đã tạo ra điện bằng những cách cơ bản nào? Cùng chúng tôi điểm qua một vài cách mà chúng ta thường thấy nhất trong cuộc sống hiện nay như sau:
Dòng điện được tạo ra từ thủy điện
Đây là cách cơ bản nhất và thường thấy nhất hiện nay. Đa phần các quốc gia trên thế giới đều sử dụng cách này để tạo ra dòng điện đưa vào sử dụng. Họ chặn các con sông lớn tạo nên các đập thủy điện và nhờ sức nước chuyển động để biến động năng thành năng lượng điện truyền dẫn qua hệ thống dây điện cung cấp cho con người sử dụng. Ở Việt Nam chúng ta có các nhà máy thủy điện lớn như nhà máy thủy điện Hòa Bình, Thủy điện Sông Đà, Nhà máy thủy điện Sơn La…
Dòng điện tạo ra từ gió
Đây là cách tạo ra dòng điện xoay chiều đang được sử dụng và phổ biến dần hiện nay. Chúng ta dùng các tuabin gió cỡ lớn với các cánh quạt theo hướng gió tạo. Nó sẽ xoay cánh quạt và tạo ra nguồn năng lượng điện, cơ bản cũng là dạng biến đổi cơ năng thành điện năng
Việt Nam chúng ta có các nhà máy điện gió lớn như Điện Gió Bình Thuận, Điện Gió Cà Mau…
Điện tạo ra từ mặt trời
Hay chúng ta thường quen gọi là nguồn năng lượng điện mặt trời. Nó là các tấm Pin năng lượng mặt trời hấp thụ nguồn ánh sáng mặt trời biến đổi ánh nắng mặt trời thành điện qua các tế bào quang điện(thường được chế tạo bằng Silicon), điện ở đây được tạo ra là điện một chiều DC
Điện tạo ra từ các máy phát điện
Máy phát điện được sử dụng để tạo ra nguồn điện như các loại máy phát điện bằng xăng, dầu sử dụng nguồn năng lượng xăng,dầu, khí đốt làm quay mô tơ để tạo ra nguồn điện sử dụng
Điện tạo ra từ các phản ứng(Điện hạt nhân)
Nó được tạo ra từ các phản ứng hóa học hay chúng ta thường nghe là phản ứng phân hạch tạo ra điện để đưa vào sử dụng hiện nay
Còn một số cách tạo ra điện nữa nhưng phạm vi bài viết không cho phép và chúng tôi chỉ giới thiệu cơ bản cho người đọc hiểu và nhìn thấy thực tế hiện nay
Định luật về dòng điện và phương pháp đo lường dòng điện
Định luật về dòng điện
Định luật cơ bản nhất mà chúng ta ai cũng biết khi học trên ghế nhà trường là Định luật Ohm(Tiếng việt chúng ta phiên âm là định luât Ôm)
Định luật Ohm là một định luật vật lý về sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của hiệu điện thế và điện trở. Nội dung của định luật cho rằng cường độ dòng điện đi qua 2 điểm của một vật dẫn điện luôn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đi qua 2 điểm đó, với vật dẫn điện có điện trở là một hằng số, ta có phương trình toán học mô tả mối quan hệ như sau:
Với I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (đơn vị: ampere). V (trong chương trình phổ thông, V còn được ký hiệu là U) là điện áp trên vật dẫn (đơn vị volt), R là điện trở (đơn vị: ohm). Trong định luật Ohm, điện trở R không phụ thuộc vào cường độ dòng điện và R luôn là 1 hằng số.
Phương pháp đo lường dòng điện
Dòng điện là thành phần quan trọng nhưng lại gây nguy hiểm đối với con người. Để tiện cho việc lắp đặt và thi công, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị điện chúng ta thường sử dụng các cách để đo như sau:
- Đo bằng đồng hồ vạn năng kim
- Đo bằng đồng hồ vạn năng điện tử
- Đo bằng phương pháp kẹp
Cường độ dòng điện là gì?
Như đã nêu ở phần khái niệm tiếp đên chúng ta cùng tìm hiểu về khái niệm cực kỳ quan trọng là cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện là một đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của nguồn điện, số lượng điện tử mang điện đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian. Dòng càng mạnh thì cường độ dòng điện càng lớn và ngược lại.
Cường độ dòng điện trong vật lý được ký hiệu là chữ I( Tên tiếng Pháp Intensité nghĩa là cường độ) đơn vị của nó được gọi là Ampe viết tắt là A. Ngoài ra người ta còn sử dụng đơn vị nhỏ hơn mà chúng ta hay biết đến là miliampe, ký hiệu là mA
Công thức
Trong đó:
I: Là cường độ
Q: Điện lượng được chuyển qua tiết diện của vật dẫn
t: Thời gian
Công thức tính dòng điện trung bình
- I tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A(Ampe)
- ΔQ là điện lượng chuyển qua tiết diện được xét trong khoảng thời gian Δt
- Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây)
Khi khoảng thời gian được xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ tức thời, công thức của nó như sau
Công thức tính dòng tức thời
Hiệu điện thế là gì?
Khái niệm về hiệu điện thế
Hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia. Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng (lực điện), hoặc sự mất đi, sử dụng, hoặc năng lượng lưu trữ.
Theo Wikipedia, điện áp hay còn gọi hiệu điện thế là sự chênh lệch về điện thế giữa 2 cực. Có ký hiệu là ∆V hay ∆U. Cũng thường được đơn giản hóa là U hoặc V.
Hiệu điện thế có thể được sinh ra bởi các trường tĩnh điện, dòng điện chạy qua từ trường, các trường từ thay đổi theo thời gian, hoặc sự kết hợp của 3 nguồn trên.
Công thức tính hiệu điện thế
Trong ghế nhà trường chúng ta học vật lý cũng đã được học về công thức tính hiệu điện thế, chúng tôi nêu lại công thức của nó như sau:
U= I. R
Trong đó :
I chính là cường độ dòng điện (A).
R chính là điện trở của vật dẫn điện (Ω).
U chính là hiệu điện thế (V).
Dòng điện trong các môi trường khác nhau
Như ở phần khái niệm thì đây là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện như Electron, ion trong các vật dẫn điện khác nhau, trong các môi trường khác nhau thì tính chất của dòng điện sẽ khác nhau. Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu về tính chất của nó ở trong các môi trường như sau thì sẽ như thế nào?
Dòng điện trong môi trường kim loại
Bản chất của dòng điện trong môi trường kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới sự ảnh hưởng của điện trường. Các hạt tải điện trong kim loại chính là các hạt electron tự do, trong khi đó mật độ của các electron tự do trong kim loại rất lớn nên có thể nói trong môi trường kim loại thì nó dẫn điện rất tốt
Ngoài ra dòng điện trong môi trường kim loại còn phụ thuộc vào nhiệt độ của kim loại. Theo lý thuyết Electron về tính dẫn điện của kim loại thì với một dầu dây kim loại nóng và một đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của electron sẽ dồn eclectron từ đầu nóng sang phía đầu lạnh, đầu nóng khi đấy sẽ tích điện dương còn đầu lạnh mang điện tích âm
Khi nhiệt độ càng giảm thì điện trở trong kim loại càng giảm, trong một số vật liệu kim loại nếu nhiệt độ giảm xuống đến mức thấp hơn nhiệt độ giới hạn thì nó chuyển sang trạng thái siêu dẫn, điện trở gần như bằng 0
Dòng điện trong môi trường chân không
Cần hiểu khái niêm chân không tức là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí. Các hạt phân tử được khí lấy đi chính là các hạt tải điện nên trong môi trường này không dẫn điện. Nếu muốn môi trường chân không dẫn điện bắt buộc chúng ta phải đưa các hạt dẫn điện vào môi trường này
Điều này có nghĩa chúng ta có khái niệm về dòng điện trong môi trường chân không chính là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện electron được đưa vào khoảng chân không đó
Dòng điện trong chất điện phân
Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
– Tồn tại trong chất điện phân thì nó là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.
– Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
– Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
+ Ion dương chạy về phía catot nên gọi là cation.
+ Ion âm chạy về phía anot nên gọi là anion.
Bản chất dòng điện trong môi trường khí
Bản chất của không khí ở điều kiện thông thường nó là chất cách điện bởi nó không mang các hạt mang điện. Chất khí dẫn điện khi có hiện tượng ion hóa các phân tử như ion âm, ion dương, electron
Như vậy ta có thể kết luận rằng: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.
Các hiện tượng như tia sét, bugi của hệ thống đánh lửa hay quá trình hàn điện chính là sự dẫn điện trong môi trường khí
Bản chất của dòng điện trong môi trường chất bán dẫn
Trước hết chúng ta cùng tìm hiểu về khái niệm chất bán dẫn: Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và hoạt động như một chất dẫn điện ở nhiệt độ cao.
Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm. Ngoài ra điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất. Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.
Trong chất bán dẫn có hai loại là hạt tải điện là electron và lỗ trống. Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.
Tác dụng của dòng điện
Dòng điện như đã phân tích ở trên thì hiện nay được ứng dụng thực tiễn vào cuộc sống và công nghiệp là số 1. Nó rất quan trọng và không thể thiếu được, cùng chúng tôi tìm hiểu về tác dụng của năng lượng này và ví dụ thực tế như sau
Tác dụng nhiệt
Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện, sự dịch chuyển này sẽ tạo nên nhiệt độ sinh ra làm các vật đều nóng dần lên. Chính vì thế dựa vào tác dụng nhiệt của nó, con người đã phát minh ra các thiết bị sử dụng nhiệt phố biến hiện nay như các loại bình nước nóng, bếp điện từ, lò sưởi, quạt sưởi…
>>>Có thể bạn quan tâm: Đồng hồ đo lưu lượng điện tử
Tác dụng chiếu sáng
Tác dụng chiếu sáng là môt ứng dụng của điện năng đưa con người đến một nền văn minh mới. Đây là ứng dụng phố biến nhất trong thực tế hiện nay. Dòng điện có tác dụng làm sáng ngay lập tức
Các loại đèn chiếu sáng đầu tiên đó là bóng đèn sợi đốt đến nay con người đã phát minh ra các loại bóng đèn như huỳnh quang, đèn Led, hệ thống đèn tín hiệu…
Tác dụng hóa học
Tác dụng hóa học của nó như chúng tôi đã phân tích ở phần tính chất của nó trong môi trường điện phân chính là tác dụng phổ biến nhất hiện nay
Ứng dụng thường thấy nhất trong công nghiệp hiện nay là các loại thiết bị sử dụng sơn tĩnh điện, quá trình mạ điện phân, các ngành luyện kim nhôm, luyện kim đồng…
Tác dụng từ
Dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng hay dây dẫn có hình dạng bất kì đều gây ra tác dụng lực (gọi là lực từ) lên kim nam châm đặt gần nó. Ta nói rằng nó có tác dụng từ.
Tác dụng sinh lý của dòng điện
Về nguyên tắc thì dòng điện có thể di chuyển qua cơ thể con người và động vật. Tuy nhiên việc chạm trực tiếp vào nó có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người và động vật.
Ứng dụng của điện nawnh trong sinh lý thường sử dụng hiện nay là các loại súng bắn điện của cảnh sát, ứng dụng trong lĩnh vực y học như điện tim, châm cứu điện(điện châm)…
Một số loại van công nghiêp sử dụng năng lượng điện
Một số nguy hại của dòng điện tác động lên con người
Dòng điện mang lại lợi ích to lớn cho con người trong cuộc sống sinh hoạt thường ngày cũng như trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Năng lượng điện năng mang lại nhiều lợi ích to lớn và giúp nâng cao chất lượng cuộc sống, làm thay đổi xã hội và nền văn minh của nhân loại. Nhưng song song với đó cũng là nhiều mối nguy hiểm mà nó gây ra cho con người chúng ta hiện nay
Phổ biến nhất hiện nay chính là hiện tượng điện giật, khi đó nó chạy qua cơ thể con người và sẽ gây ra các tác động nghiêm trọng cho sức khỏe và tính mạng của chúng ta
Theo nghiên cứu khoa học mức độ dòng điện đi qua cơ thể người có thể được chia ra các thang đo như sau:
- 1 mA gây đau nhói. Đây là dạng kích thích nhẹ
- 5 mA gây giật nhẹ.
- 50 đến 150 mA có thể giết chết người, bằng các tác động như rhabdomyolysis (phân hủy cơ), hay làm suy thận cấp (do chất độc của cơ bị phân hủy đi vào máu).
- 1 đến 4 A gây loạn nhịp tim, và lưu thông máu bị gián đoạn.
- 10A : gây ngừng tim. Đây chính là mức cao nhất mà cơ thể người có thể chịu đựng được và là nguyên nhân tử vong nhiều nhất hiện nay. Chính vì thế hệ thống điện gia đình(cầu chì, atomat) trong gia đình thường tự ngắt ở cường độ dòng này
- Dòng điện chạy qua tim và não là nguy hiểm nhất.(có thể gây mất mạng)
Ngoài ra còn có các hiện tượng như bỏng điện rất hay gặp khi chúng ta đến gần các đường dây điện cao thế có thể gây hiện tượng phóng điện làm bỏng và chết người
Chính vì thế cần lưu ý sử dụng điện một cách an toàn và hiệu quả, nâng cao hệ thống tự động bảo vệ con người nhằm giảm thiểu đi thiệt hại về người và tài sản mà dòng điện gây ra.
Nguồn bài viết: Wikipedia, Internet, kinh nghiệm của bản thân. Vui lòng không sao chép hoặc ghi rõ nguồn bài viết
Tuyệt vời