Dòng điện là gì? Tìm hiểu dòng điện trong các môi trường khác nhau

Dòng điện là gì? Dòng điện xuất hiện trong các mạch điện. Tạo ra sự dịch chuyển của các electron dọc theo dây dẫn. Để tìm hiểu rõ hơn về dòng điện, chúng ta cùng theo dõi bài viết dưới đây nhé!

Dòng điện là gì?

Dòng điện là gì? Đó là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện electron. Trong các vật liệu dẫn, hạt mang điện là hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra được dòng điện. Trong kim loại, dòng điện sinh ra khi các electron tích điện âm di chuyển tự do trong vùng dẫn. Một số vật dẫn điện khác, hạt mang điện sẽ tích điện âm hoặc dương phụ thuộc vào chất pha. Trong dung dịch điện ly và pin điện hoá, hạt mang điện âm và dương xuất hiện cùng lúc.

Trong các loại vật liệu dẫn, các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện được gọi là các hạt mang điện. Trong vật liệu kim loại, chất dẫn điện phổ biến nhất là các hạt nhân tích điện dương không thể dịch chuyển, chỉ có các electron tích điện âm có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn. Do đó, trong kim loại các electron là các hạt mang điện. Trong các vật liệu dẫn khác, ví dụ như các chất bán dẫn, hạt mang điện có thể tích điện dương hay âm phụ thuộc vào chất pha. Hạt mang điện âm và dương có thể cùng lúc xuất hiện trong vật liệu, ví dụ như trong dung dịch điện ly ở các pin điện hóa.

Cường độ dòng điện là gì?

Cường độ dòng điện là lượng điện tích đi qua bề mặt trong thời gian nhất định. Ta có công thức tính cường độ dòng điện như sau:

I = Q/t

Từ công thức tính cường độ dòng điện, ta suy ra được công thức tính cường độ dòng điện trung bình. Công thức cụ thể như sau:

I trung bình = ΔQ/Δt

Trong đó:

• I tb là cường độ dòng điện trung bình (A)
• ΔQ là điện lượng đi qua bề mặt trong thời gian Δt (C)
• Δt là khoảng thời gian (s)

Định luật Ohm

Định luật Ohm là định luật được nhắc đến nhiều nhất trong lý thuyết dòng điện. Định luật Ohm là sự thay đổi cường độ dòng điện qua hiệu điện thế giữa 2 đầu dây dẫn và điện trở. Công thức định luật Ohm như sau:

I = U/R

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện (A)
• U là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn (V)
• R là điện trở (Ω).

Dòng điện trong các môi trường khác nhau

Dòng điện là gì trong kim loại

Dòng điện trong kim loại chính là dòng dịch chuyển có hướng của các electron ngược chiều điện trường. Một số kim loại phổ biến dẫn điện tốt như bạc, đồng, vàng, chì,…

Điện trở được xem là yếu tố quan trọng để cản trở dòng điện trong kim loại. Điện trở của dây dẫn kim loại thể hiện qua công thức:

R = ρ x (l/S)

Trong đó:

• R là điện trở của dây dẫn kim loại (Ω)
• ρ là điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại (Ωm)
• S là tiết diện ngang của dây (m2)
• l là chiều dài của đoạn dây (m)

Bên cạnh đó, điện trở suất của kim loại còn được thể hiện qua công thức sau đây:

ρ = ρ0 (1 + α.Δt)

Trong đó:

• ρ0 là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ ban đầu
• ρ là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ đã thay đổi
• Δt là độ biến thiên của nhiệt độ
• α là hằng số nhiệt điện trở

Dòng điện là gì trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển động có hướng theo 2 chiều ngược nhau của ion âm và ion dương. Ion dương đi về phía catot được gọi là cation. Ion âm đi về phía anot gọi là anion. Dòng điện trong chất điện phân tải đồng thời điện lượng và vật chất. Khi tới điện cực, electron mới có thể đi tiếp, lượng vật chất sẽ bị giữ lại. Từ đó sinh ra hiện tượng điện phân.

Theo định luật Faraday thứ nhất:

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. Công thức được xác định như sau:

m = k.q

Theo định luật Faraday thứ hai:

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố sẽ tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Công thức được xác định như sau, biết F cố định bằng 96494 C/mol.

k = (1/F) x (A/n)

Dòng điện là gì trong chất khí

Sự ion hoá của chất khí và tác nhân ion hoá

Một số tác nhân ion hoá tiêu biểu là ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân. Khi có năng lượng cao, chất khí bị ion hoá. Chúng tách phân tử khí trung hoà thành các ion dương và các e tự do. Đặc biệt, e tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà ra ion âm. Các hạt này được gọi là hạt tải điện chất khí.

Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí tồn tại khi hạt tải điện được đưa vào khối khí giữa 2 bản cực. Chúng sẽ biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí tuân theo định luật Ohm.

Dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều là dòng chuyển dời điện tích theo một hướng nhất định. Dòng chuyển dời sẽ không thay đổi trong suốt quá trình dịch chuyển. Dòng điện một chiều thường được viết tắt là DC.

Một số đặc điểm của dòng điện một chiều:

• Dòng điện có chiều không đổi trong quá trình truyền.
• Dòng điện được truyền từ dương sang âm, từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
• DC thường được tạo ra từ pin, năng lượng mặt trời, máy phát điện,…

Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ thay đổi liên tục theo thời gian. Sự thay đổi của dòng điện trong quá trình truyền sẽ có tính chu kì theo biên dạng hình sin. Dòng điện xoay chiều được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều. Hay từ sự biến đổi của nguồn điện một chiều. Dòng điện xoay chiều có kí hiệu là AC.

Các lợi ích của dòng điện đối với con người

Dòng điện đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động của con người. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi, ở tất cả các hoạt động, sự kiện.

Nhưng 1 lợi ích ít được biết đến của dòng điện, đó là trong lĩnh vực y tế chữa bệnh:

• Giảm ngưỡng kích thích của các sợi cơ trong cơ thể con người.
• Giảm tính đáp ứng của dây thần kinh tủy sống truyền lên não bộ. Đây là phát hiện lớn trong công tác gây mê giảm đau trong phẫu thuật.
• Tăng cường khả năng dinh dưỡng của một số vùng có dòng điện chạy qua.

Các tác hại từ dòng điện gây ra

Dòng điện đi qua cơ thể con người đều sẽ gây nên những điều không tốt. Tuỳ thuộc vào cường độ dòng điện mà mức độ nguy hiểm sẽ khác nhau. Các bạn hãy chú ý một số tác hại dưới đây nhé!

• 1 mA: Gây ra cảm giác đau nhói tại chỗ tiếp xúc trực tiếp với dòng điện.
• 5 mA: Gây ra cảm giác bị giật nhẹ.
• 50 – 150 mA: Gây chết người thông qua các tác động phân hủy cơ và suy thận.
• 1 – 4 A: Dẫn đến tình trạng loạn nhịp của tim, việc lưu thông máu bị rối loạn.
• 10 A: Gây chết người trong thời gian ngắn. Do đó, các cầu chì, cầu dao điện chống giật đều được thiết kế theo mức 10A để đảm bảo an toàn.

Như vậy, bài viết trên đã cung cấp đầy đủ những kiến thức về dòng điện là gì. Dòng điện trong các môi trường cũng như lợi ích và tác hại của chúng. Hy vọng bài chia sẻ này của chúng tôi sẽ giúp các bạn nâng cao được kiến thức.