ĐIỆN 1 CHIỀU

Nguồn điện một chiều[sửa | sửa mã nguồn]

Khái niệm[sửa | sửa mã nguồn]

Nguồn điện một chiều là nguồn điện phát ra dòng điện một chiều, dòng điện này có chiều xác định, độ lớn có thể vẫn biến thiên nhưng trị số của nó luôn nằm giới hạn trong 1 phía của trục thời gian Ox, nghĩa là hoặc luôn dương (+), hoặc luôn âm (-) và không đi qua giá trị "0". Các nguồn cấp điện một chiều có thể là:

Các loại pin, ắc quy
Đầu ra các bộ chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng một chiều sử dụng diode, cầu diode hoặc thyristor. Với yêu cầu dòng điện lớn cần dùng các thyristor.

Các đại lượng đặc trưng của nguồn điện[sửa | sửa mã nguồn]

Công của nguồn điện (A) là công của các lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện.

Suất điện động 𝜀 là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện. Đơn vị tính suất điện động là vôn(V)

𝜀=𝐴𝑞

Ngoài ra, nguồn điện còn được xác định bởi điện trở trong (r) của nó.

Dòng điện một chiều[sửa | sửa mã nguồn]

Dòng điện một chiều là dòng chuyển động đơn hướng của các điện tích. Dòng điện một chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, tế bào năng lượng mặt trời. Dòng điện một chiều có thể di chuyển trong vật dẫn như dây điện hoặc trong các vật liệu bán dẫn, vật liệu cách điện hoặc trong chân không ví như trong các chùm ion hoặc chùm electron. Trong dòng một chiều, các điện tích chuyển động theo cùng một chiều là từ cực duơng của nguồn điện sang cực âm, khác với chiều của dòng điện xoay chiều và chiều dòng điện quy ước.

Tính chất[sửa | sửa mã nguồn]

Cường độ dòng điện 1 chiều có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề đổi chiều.
Dòng điện 1 chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, nguồn năng lượng mặt trời.
Dòng điện đi từ cực dương của nguồn điện qua các thiết bị điện đến cực âm của nguồn điện
Dòng điện một chiều là dòng chuyển động của các hạt electron mang điện theo chiều chuyển động một hướng nhất định từ dướng sang âm hay dòng chuyển động của các điện tử tự do. Bạn đã biết dòng điện một chiều là gì rồi phải không ạ. Bây giờ ta cùng tìm hiểu các tính chất của nó nhé.

Để đo điện áp một chiều, có thể sử dụng vôn kế một chiều.

Các bước đo điện áp một chiều:

Mắc vôn kế song song với mạch cần đo điện áp.
Có thể mắc song song trực tiếp vôn kế với nguồn điện như mạch phải hở.
Đọc số (hoặc kim) chỉ thị trên vôn kế.
Lưu ý: mắc chốt dương của vôn kế hướng đến cực dương của nguồn điện và ngược lại.

1. Điện thế:

• Định nghĩa: Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q di chuyển từ M ra xa vô cực và độ lớn của q.

VM = AM∞/q

• Đơn vị: Vôn (V)

• Điện thế là đại lượng đại số. Thường chọn điện thế của đất và của một điểm ở vô cực làm mốc (bằng 0).

Đặc điểm của điện thế.

- Điện thế là đại lượng số. Trong công thức

vì q > 0 nên nếu AM∞ >0 thì VM > 0. Nếu AM∞ < 0 thì VM < 0.

- Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường lấy bằng 0. (Vđất = 0).

- Điện thế tại điểm M gây bởi điện tích q:

- Điện thế tại một điểm do nhiều điện tích gây ra:

2. Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa VM và VN. (Hình 5.1)

UMN = VM – VN. (5.2)

1. Thế năng là gì?

Thế năng là một đại lượng trong môn vật lý, tiếng anh là "potential energy" hiểu đơn giản là một dạng năng lượng tiềm tàng do lực nén bên trong bản thân, điện tích hoặc từ các yếu tố khác, có được do tính tượng đối giữa vị trí của nó và vị trí của vật khác. Thế năng thể hiện cho khả năng sinh công của một vật thể và tồn tại dưới dạng một loại năng lượng.

Phân loại thế năng phổ biến:

- Thế năng hấp dẫn: sinh ra khi một vật chịu tác dụng của lực hấp dẫn của trái đất, phụ thuộc vào khối lượng với khoảng cách một vật khác.

- Thế năng đàn hồi lò xo: sinh ra khi một vật biến dạng do tác động của lực đàn hồi.

- Thế năng của điện tích trong một điện trường.

Đơn vị của thế năng: Do bản chất là một loại năng lượng nên đơn vị của thể năng trong hệ đo lường quốc tế (SI) là Jun, có ký hiệu là J.

2. Thế năng CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG

1. Thế năng của một điện tích trong điện trường đều

- Thế năng của điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều tại điểm ta xét.

- Thế năng của một điện tích trong điện trường đều (còn gọi là thế năng điện) được tính bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích di chuyển từ điểm ta xét tới điểm mốc, thường là bản cực âm của tụ điện.

- Bản cực âm của tụ điện thường được chọn làm mốc để tính thế năng, và khi tính thế năng của một điện tích hoặc hệ điện tích bất kì, người ta thường chọn điểm mốc ở vô cực vì ở đó điện trường và lực điện trường đều bằng không.

- Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường đều bằng công của lực điện sinh ra khi điện tích q di chuyển từ M tới điểm mốc:

- Wм = qEd trong đó d là khoảng cách từ M đến bản cực âm, W là thế năng điện của điện tích q tại M điểm M.

2. Thế năng của một điện tích trong điện trường bất kì

- Thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét (tương tự như trường hợp điện trường đều).

- Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng (mốc thường chọn là vô cực).

- Khi chọn mốc thế năng tại vô cực, số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ điểm M tới vô cực: Wм = AM∞

- Thế năng tại điểm M tỉ lệ với điện tích q, và có thể tính bằng Wм = Vмq, trong đó hệ số tỉ lệ V phụ thuộc vào điện trường và vị trí của điểm M.

Suất điện động là gì?

Định nghĩa

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện. Được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích đó.

E=A/q

- Đơn vị: vôn (V)

Suất điện động của nguồn điện[sửa | sửa mã nguồn]

Lực điện động hay suất điện động hay "Lực lạ" (tiếng Anh: emf - electromotive force, đơn vị là vôn) của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích đó.

Số vôn ghi trên nguồn điện (pin, acquy,...) cho biết giá trị suất điện động của nguồn điện đó. Đây cũng là giá trị của hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch ngoài hở. Do đó suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực khi mạch ngoài hở.

Suất điện động của pin điện hóa và acquy[sửa | sửa mã nguồn]

Pin điện hóa[sửa | sửa mã nguồn]

Là loại pin được cấu tạo từ hai mảnh kim loại khác nhau được ngâm trong chất điện phân (dung dịch acid, base hoặc muối,...).

Có nhiều loại pin điện hóa khác nhau như pin Đa-ni-en, pin Volta, pin Leclanché,...

Ta xét về pin Volta. Nó là nguồn điện hóa học được chế tạo đầu tiên gồm một cực bằng kẽm và cực còn lại bằng đồng ngâm trong dung dịch axit sunfuric loãng.

Suất điện động của pin Volta được tạo thành như sau:

Do tác dụng hóa học, các ion kẽm Zn2+ từ thanh kẽm đi vào dung dịch axit sunfuric làm cho lớp dung dịch tiếp giáp với thanh kẽm tích điện dương. Thanh kẽm thừa electron nên tích điện âm. Vì thế, giữa thanh kẽm và dung dịch có một điện trường hướng từ dung dịch đến thanh kẽm. Điện trường này ngăn cản sự di chuyển tiếp theo của ion Zn2+ từ thanh kẽm vào dung dịch, đồng thời tăng cường sự dịch chuyển ngược lại của các ion Zn2+ từ dung dịch vào thanh kẽm. Sự cân bằng được thiết lập khi số ion đi ra khỏi thanh kẽm và số ion đi vào thanh kẽm bằng nhau. Thí nghiệm chứng tỏ rằng giữa dung dịch và thanh kẽm có hiệu điện thế khoảng 𝑈1=0,74𝑉

.Còn ở phía thanh đồng thì các ion H+ có trong dung dịch tới bám lấy cực đồng, thu lấy electron có trong thanh đồng và chuyển thành khí H2

. Do đó thanh đồng mất bớt electron nên tích điện dương. Khi cân bằng điện hóa được thiết lập, giữa thanh đồng và dung dịch có hiệu điện thế khoảng

𝑈2=0,34𝑉.

Kết quả là giữa hai cực của pin Volta có một hiệu điện thế xác định là

𝜉=𝑈1−𝑈2≈1,1𝑉

Đó chính là suất điện động của pin Volta.

Acquy[sửa | sửa mã nguồn]

Có nhiều loại acquy như acquy kiềm, acquy axit (acquy chì),... nhưng đơn giản nhất là acquy axit hay acquy chì. Acquy chì gồm bản cực dương làm bằng chì điôxit (PbO2) và bản cực âm làm bằng chì (Pb). Chất điện phân là dung dịch axit sunfuric loãng. Do tác dụng với dung dịch điện phân, hai bản cực được tích điện trái dấu và hoạt động giống như pin điện hóa. Suất điện động của acquy chì vào khoảng 2V. Sau một thời gian sử dụng, hai bản cực đều bị phủ một lớp vỏ ngoài bằng chì sunfat. Do đó suất điện động của acquy giảm dần. Khi suất điện động giảm tới 1,85 V thì người ta phải nạp điện lại cho acquy. Khi nạp điện cho acquy, người ta phải cho một dòng điện chạy từ cực dương của acquy sang cực âm. Khi đó lớp chì sunfat ở hai bản mất dần, bản cực dương biến đổi thành chì điôxit PbO2, bản cực âm biến đổi thành Pb

. Khi quá trình này kết thúc acquy lại có thể phát điện như trước.

First of all a hydroxide ion atom within the electrolyte is going to join with a zinc atom inside the anode section. This chemical reaction is known as oxidation and will create zinc hydroxide as the zinc and hydroxide combine, it will release electrons. These electrons are now free to move and they will collect on the brass pin.

At the same time a manganese oxide atom is going to join with a water molecule from the electrolyte as well as a free electron in a chemical reaction known as reduction. During the chemical reaction the manganese oxide turns into slightly different version of manganese oxide, this version no longer needs a hydroxide iron atom, so it will eject this into the electrolyte. The water atom is replaced by the one ejected from the oxidation reaction. The hydroxide ion is now free and able to pass through the separator. So as you can see we have a buildup of electrons at negative terminal. As the electrons are negatively charged. We now have more electrons as the negative terminal compared to positive. Which mean we have a voltage difference between the two ends and we can measure that difference with a multimeter.