›
›

Bài giảng Dòng điện không đổi (Phần 4)

pdf 41 trang huongle 3470
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dòng điện không đổi (Phần 4)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_dong_dien_khong_doi_phan_4.pdf

Nội dung text: Bài giảng Dòng điện không đổi (Phần 4)

  1. IV. Dòng điện không đổi 1
  2. Nội dung „ Phân loạivậtdẫn. Các loạihạttải. „ Dòng điện, mật độ dòng điện. Suất điện động. „ Định luậtOhm theoquanđiểmvi mô, vĩ mô. „ Độ dẫn điện, điệntrở. Điệntrở củamộtsố dạng vật dẫnthôngdụng. „ Năng lượng và công suấtcủamạch điện. Định luật Joule-Lenz. „ Mạch rẽ. Quy tắc Kirchhoff. 2
  3. Mụctiêu „ Bản chất dòng điện, các đại lượng đặc trưng. „ Khái niệm về điện trở, độ dẫn điện. „ Định luật Ohm. „ Năng lượng, công suấtcủamạch điện „ Định luậtJoule-Lenz. „ Quy tắcKirchhoff. 3
  4. IV.1 Phân loạivậtdẫntừ quan điểm lý thuyết vùng. Các loạihạttải. 4
  5. 1. Phân loạivậtdẫntheolýthuyếtvùng. 5
  6. 2. Các loạihạttải 6
  7. VI.2 Dòng điện, mật độ dòng điện. 7
  8. 1. Dòng điện „ Bảnchất: dòng các hạt điệntíchchuyển động có hướng được gọilàdòngđiện. „ Mộtsố ví dụ: -Kim loại: điệntử hóa trị liên kếtyếuvớihạt nhân → e- tự do, chuyển động trong không gian giữamạng tinh thể → khi có E, e- chuyển động có hướng thành dòng điện. -Chất điện phân: tự phân li thành ion (+) và (-) do tương tác giữacácphântử → dướitácdụng củaE, chuyển động có hướng củahailoạiion tạo thành dòng điện. -Chất khí: các phân tử tương tác yếunêntrunghòađiện. Khi có kích thích bên ngoài sẽ giải phóng e- tạo thành ion (+) và (-) → e- và các ion đều tham gia chuyển động có hướng tạodòngđiện. 8
  9. Dòng điện (cont. 1) „ Quy ướcchiềudòngđiện: là chiều chuyển động của các hạt điệntíchdương hay ngượcvớichiềuchuyển động củacáchạt điệntíchâm. „ Quỹđạocủahạt điệntích đượcgọilàđường dòng. Tập hợpcácđường dòng tạo thành ống dòng. 9
  10. 2. Các đại lượng đặc trưng „ Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện qua diệntíchS là một đạilượng có giá trị bằng lượng điệntíchchuyển qua diệntích S này trong một đơnvị thờigian. dq I = dt Đơnvị: C / s = A (Ampere) „ Lượng điện tích chuyển qua diệntíchS trongthờigiant: t t q = ∫ dq =∫ Idt 0 0 10
  11. Các đại lượng đặc trưng (cont. 1) „ Dòng điện không đổi: có chiềuvàcường độ không thay đổi theo thờigian. t t q = ∫ Idt = I ∫ dt = It 0 0 „ Định nghĩavềđơnvịđiệntích: Coulomb là lượng điệntíchtảiqua tiếtdiệnmộtvậtdẫntrong thờigian1 s bởimộtdòngđiệnkhôngđổitheothờigiancó cường độ 1 A. „ Trường hợp nhiều điệntíchchuyển động trong vậtdẫn: dq dq I = 1 + 2 dt dt 11
  12. 3. Mật độ dòng điện „ Ý nghĩa: -Mật độ dòng điệnchobiết độ lớn củadòngđiệntạitừng điểm, khác vớicường độ dòng điện đặctrưng cho độ lớncủadòngđiệnqua một dS diệntíchnàođó. -Cường độ dòng điệnlàđạilượng vô hướng, vector mật độ dòng điệnchobiếtphương chiềucủa dòng điện. 12
  13. Mật độ dòng điện (cont. 2) „ Định nghĩa: Vector mật độ dòng điệntạimột điểmcóhướng là hướng chuyển động củahạttíchđiệndương điqua điểm đóvàcóđộ lớnbằng cường độ dòng điệnqua một đơnvị diệntíchđặt vuông góc với hướng đang xét. I j = S Đơnvị: A/m2. „ Qua mộtdiệntíchdS: dS r r I = ∫ jdS S 13
  14. Mật độ dòng điện (cont. 3) „ Vector mật độ dòng điện: r r j = n.e.vd vd: vậntốccuốncủacácđiệntích(vậntốc chuyển động có hướng trung bình củacácđiệntích). Vector mật độ dòng điện có cùng chiềuvới vd nếu điệntíchlà dương và ngượcchiềuvới vd nếu điệntíchlàâm. „ Trường hợp nhiều điệntíchchuyển động trong vậtdẫn: j = n1e1vd1 + n2e2vd 2 14
  15. Chuyển động củadòngđiện „ Sự chuyển động củacáchạt điệntích: nếucómột điệntrường E xuấthiện trong mộtvậtdẫnthìcáchạt điệntíchsẽ bị dịch chuyểnvàtạomộtdòngđiệncóhướng theo điệntrường. „ Q: Quỹđạocủahạt điệntích(đường dòng) sẽ như thê nào ? 15
  16. Chuyển động củacáchạt điệntích „ Quan điểmvi mô: Các hạt điện tích chuyển động có hướng dướitácdụng củaE. Trong quá trình chuyển động do sự va chạm, quỹđạo chuyển động sẽ bị thay đổi. -5 VD: Cu có vd ≈ 4×10 m/s → trong 1 h đi đượckhoảng 14 cm. „ Q: tạisaocóhiệntượng này ? 16
  17. VI.3 Định luậtOhm. Điệntrở, độ dẫn điện. 17
  18. 1. Định luật Ohm. V1 V2 „ Xét mộtdâydẫn kim loại đồng chấtcódòngđiệncường độ I chạyqua. GọiV1 và V2 là điệnthếởhai đầucủa đoạndây, thựcnghiêmchứng tỏ rằng V1 -V2 = RI → công thứccủa định luậtOhm: V −V I = 1 2 R Đạilượng R đượcgọilàđiệntrở của đoạndây. 18
  19. 2. Điệntrở. „ Điệntrở củamộtvậtdẫnlàtỉ số giữahiệu điệnthếđặtvàovà dòng điện điqua vậtdẫn: V R = I Đơnvị: V/A ≡Ω(Ohm). „ Nếu V = 1 V, I = 1 A thì R = 1 V/A = 1 Ω Ohm là điệntrở giữahaiđiểmcủamộtdâydẫn đồng tính có nhiệt độ đềukhigiữahaiđiểm đócómộthiệu điệnthế 1 V tạonênmộtdòngđiệnkhôngđổicócường độ 1 A. 19
  20. 3. Điệntrở suất. „ Thựcnghiêmchứng tỏ rằng điệntrở củamột đoạndâyđồng tính tiếtdiện đềutỉ lệ thuậnvớichiềudàil vàtỉ lệ nghịch với tiếtdiện vuông góc S của đoạndây: l R = ρ S Hệ số ρ đượcgọilàđiệntrở suất củavậtliệulàmdây. „ Điệntrở suấtcủamộtvậtdẫnphụ thuộcvàobảnchấtvà trạng thái củavậtdẫn. VD: ρCu = 1.7×10-8 Ωm, ρAl = 2.9.×10-8 Ωm. 20
  21. Sự phụ thuộc nhiệt độ. „ Điệntrở và điệntrở suấtphụ thuộc vào nhiệt độ: ρ − ρ0 = ρ0 .α.(T − T0 ) 21
  22. 4. Dạng vi phân của định luật Ohm J=I/S S „ Mục đích: tìm công thứcbiểudiễn đinh luậtOhm chomỗi điểmcủa dây dẫn(dạng vi phân, xét trên quan điểmvi mô). „ Công thức: r r r r E = ρJ hay J = σE Tạimỗi điểmbấtkìtrongmôitrường có dòng điệnchạyqua, vector mật độ dòng điệntỉ lệ thuậnvớivector cường độ điệntrường tại điểm đó. 22
  23. Giảithích? „ Giải thích tính dẫn điệncủakimloại Sử dụng mô hình khí điệntử tự do: Các điệntử trong kim loại chuyển động tự do vớigiả thiếtcác điệntử không va chạm vào nhau mà chỉ va chạmvàocác nguyên tử kim loại. 23
  24. 5. Độ dẫn điện. „ Đạilượng nghịch đảocủa1/ρ≡σ đượcgọilàđộ dẫn điện. -1 „ Đơnvị: (Ωm) ≡ S. „ Q: nếu σ là độ dẫn điệnthìρ có thể hiểunhư thế nào ? 24
  25. 6. Điệntrở mắcnốitiếp 25
  26. và song song 26
  27. 7. Ví dụ về mạch điện 27
  28. Mộtsố kí hiệuthường gặp 28
  29. 6. Đo đạccácđạilượng điện „ Điệnthế, hiệu điệnthế. „ Dòng điện. „ Điệntrở. 29
  30. Đo điệnthế. „ Sử dụng vôn kế (voltmeter). „ Q: Điệntrở củavônkế ? 30
  31. Đodòngđiện. „ Sử dụng ampe kế (ammeter). „ Q: Điệntrở củaampekế ? 31
  32. Đo điệntrở. „ Sử dụng ôm kế (Ohmmeter). 32
  33. Bài tập 33
  34. VI.4 Năng lượng và công suấtcủamạch điện. Định luậtJoule-Lenz. 34
  35. 1. Năng lượng củamạch điện. Va > Vb V =Va - Vb R „ Trong khoảng thờigiandtcómộtlượng điệntíchdqchạytừ a đến b gây ra dòng điệnI trongmạch. Điện tích dq = I.dt chuyểnqua một độ sụtthế là V = Va-Vb nên thế năng điện củanógiảm đimộtlượng: dU = dq.V = I.dt.V „ Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, sự giảmthế năng điện sẽ kéo theo sự chuyểnnăng lượng sang mộtdạng khác. 35
  36. Năng lượng củamạch điện (cont.1). Ví dụ củasụ chuyểnnăng lượng: „ Nếutrongmạch có điệntrở → năng lượng được chuyển thành nhiệtnăng và điệntrở sẽ nóng lên. „ Nếutrongmạch có một động cơ có tải → năng lượng được chuyển thành công trên tải. „ Nếutrongmạch có acquy để nạp điện → năng lượng được chuyển thành năng lượng hóa họcdự trữ trong ắcquyđược nạp. 36
  37. 2. Công suấtcủamạch điện. „ Liên quan đến sự chuyểnnăng lượng củamạch điện là đại lượng công suấtcủamạch điện P, đặctrưng cho sự thay đổinăng lượng củamạch điệntrongmột đơnvị thờigian: P = dU/dt = I.V „ Đơnvị: A.V = (C/s). (J/C) = J/s ≡ W (Watt) 37
  38. Công suấtcủamạch điện (cont.1). Va > Vb V =Va - Vb R „ Xét mạch điệncóđiệntrở R: P = dU/dt = I.V → P = I2.R = V2/R và đượcgọilàsự tiêu tán trên điệntrở. 38
  39. 3. Định luậtJoule-Lenz. Va > Vb V =Va - Vb R „ Xét mạch có điệntrở: năng lượng chuyển thành nhiệtnăng làm nóng điệntrở và đặctrưng bởicôngsuấtP = I2.R. „ Nhiệtlượng tỏa ra trên điệntrở trong thờigiant: Q = W = I2.R.t Định luật Joule-Lenz: Nhiệtlượng tỏaratrênmột đoạndâycó dòng điệnkhôngđổichạyqua tỉ lệ thuậnvới điệntrở dây dẫn, với bình phương cường độ dòng điệnvàthờigiandòngđiệntồntại trong dây dẫn. 39
  40. 3. Nguồn điệnvàsuất điện động. 40
  41. Bài tập 41