Ai là người đã phát minh ra dòng điện

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Con người đã nghiên cứu về điện từ hàng ngàn năm nay, nhưng cho đến bây giờ chúng ta vẫn chưa biết chính xác thế nào là điện. Người ta cho rằng điện được cấu tạo từ những phần nhỏ tích điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ai là người đã phát minh ra dòng điện

Ai là người đã phát minh ra dòng điện Con người đã nghiên cứu về điện từ hàng ngàn năm nay, nhưng cho đến bây giờ chúng ta vẫn chưa biết chính xác thế nào là điện. Người ta cho rằng điện được cấu tạo từ những phần nhỏ tích điện. Theo lý thuyết này thì điện là dòng chuyển động của các electron hay các phân tích điện khác. Từ điện trong tiếng Anh (electricity) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp "electron". Bạn có biết từ này có nghĩa là gì không? Nó có nghĩa là hổ phách. Từ năm 600 trước công nguyên những người Hy Lạp cổ đã biết rằng nếu cọ xát hổ phách thì nó có thể hút được những mẩu giấy. Cho đến trước năm 1672 cũng chưa có một tiến bộ nào trong việc nghiên cứu về điện. Vào năm 1672 ông Otto Fon Gerryk khi để tay bên cạnh quả cầu bằng lưu huỳnh đang quay đã nhận được sự tích điện lớn hơn. Vào năm 1729 ông Stefan Grey đã tìm ra rằng có 1 số chất, trong đó có kim loại, có thể dẫn điện. Nhưng chất như vậy gọi là những chất dẫn điện. âng ta cũng phát hiện ra rằng những chất khác như thuỷ tinh, lưu huỳnh, hổ phách và sáp không dẫn điện. Những chất đó được gọi là những chất cách điện. Bước tiến tiếp theo trong việc nghiên cứu về dòng điện là vào năm 1733 khi một người Pháp có tên là Duy Phey tìm ra vật tích điện dương và vật tích điện âm, mặc dù ông cho rằng đó là 2 loại điện khác nhau. Bedzamin Franklin là người đầu tiên thử giải thích thế nào là dòng điện. Theo ông tất cả các chất trong tự nhiên đều có
chứa "chất lỏng điện". Khi 2 chất va chạm vào nhau thì một số "chất lỏng" của chất này sẽ bị lấy sang chất khác. Ngày nay chúng ta nói "chất lỏng" được cấu tạo từ những điện tử mang điện tích âm. Bộ môn khoa học nghiên cứu về điện phát triển rầm rộ từ năm 1880 khi mà Alexandro Volta đã sáng chế ra pin. Phát minh này đã mang đến cho loài người nguồn năng lượng thường xuyên và kéo theo nó tất cả những phát minh quan trọng nhất trong lĩnh vực này. 1/Cường độ dòng điện Cường độ dòng điện qua một bề mặt được định nghĩa là lượng điện tích di chuyển qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian. Nó thường được ký hiệu bằng chữ I, từ chữ tiếng Đức Intensität, nghĩa là cường độ. Trong hệ SI, cường độ dòng điện có đơn vị ampe. Cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian đang xét. Trong đó, I tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A (ampe) ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (coulomb) 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 dòng điện tức thời: 2/Ví dụ Sét là một dòng điện mạnh, gồm các ion hay electron di chuyển bởi lực Culông giữa các đám mây mang điện trái dấu, hoặc giữa đám mây tích điện và mặt đất, Gió Mặt Trời, là các điện tích bay ra từ Mặt Trời, khi rơi vào khí quyển Trái Đất có thể gây ra hiện tượng cực quang. Dòng di chuyển của các electron trong dây kim loại khi nối giữa hai điện cực của một pin. Trong điện tử học, dòng điện có thể là dòng chuyển động của electron trong dây dẫn điện kim loại, trong các điện trở, hay là dòng chuyển động của các ion trong pin, hay dòng chảy của của các hố điện tử trong vật liệu bán dẫn. Trong plasma, các electron, ion âm và dương có thể di chuyển tự do, và sẽ di
chuyển thành dòng, khi nằm trong điện trường Trong dung dịch điện phân, các ion âm và dương có thể di chuyển giữa hai điện cực. Trong nước đá hay một số chất rắn điện phân, các proton có thể di chuyển thành dòng điện. 3/Dòng điện quy ước Dòng điện quy ước, vì lý do lịch sử, là dòng chuyển động tương đương của các điện tích dương. Nó được đưa ra để thống nhất quy ước về chiều dòng điện (chiều chuyển động của các điện tích dương) trong các trường hợp phức tạp như: Trong kim loại, thực tế các proton (tích điện dương) chỉ có các dao động tại chỗ, còn các electron (tích điện âm) chuyển động. Chiều chuyển động của electron, do đó, ngược với chiều dòng điện quy ước. Trong một số môi trường dẫn điện (ví dụ trong dung dịch điện phân, plasma,...), các hạt tích điện trái dấu (ví dụ các ion âm và dương) có thể chuyển động cùng lúc, ngược chiều nhau. Trong bán dẫn loại p, mặc dù các electron thực sự chuyển động, dòng điện được miêu tả như là chuyển động của các hố điện tử tích điện dương. 4/Từ trường Mọi dòng điện đều sinh ra từ trường, theo định luật Ampere. Khi dòng điện chạy trong một dây dẫn điện, từ trường sinh ra có dạng xoáy vòng quanh dây dẫn. Mọi dòng điện đều chịu lực tương tác khi nằm trong từ trường. Lý do là các điện tích chuyển động trong từ trường chịu lực Lorentz. Hướng của lực từ và hướng dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải 5/Đo dòng điện Cường độ dòng điện có thể được đo trực tiếp bằng Gavanô kế, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải mở mạch điện ra để lắp thêm ampe kế vào. Cường độ dòng điện có thể được đo mà không cần mở mạch điện ra, bằng việc đo từ trường sinh ra bởi dòng điện. Các thiết bị đo kiểu này gồm các đầu dò hiệu ứng Hall, các kẹp dòng và các cuộn Rogowski. 6/ Nguy hiểm Độ nguy hiểm của điện giật phụ thuộc vào cường độ dòng điện, vào thời gian dòng
điện chạy qua người, và vào đường đi của dòng điện trên cơ thể người. Nói chung: Điện trở cũng thay đổi tùy người, theo giới tính, tuổi, kích thước, điều kiện sức khỏe. Theo bảng trên, nếu xét trường hợp điện trở người trong khoảng 500 Ω đến 1000 Ω thì điện áp khoảng 20 V đến 50 V cũng đủ tạo ra dòng điện cỡ 50 mA và giết chết người. Tần số dòng điện càng cao (trên 500Hz) càng ít nguy hiểm vì dòng điện chỉ đi ngoài da và không làm co cơ bắp. Dòng điện có tần số từ 25-100Hz là dòng điện nguy hiểm nhất. Điện trở khi Điện trở Điều kiện khô ráo khi ẩm ướt 40.000 Ω - 4.000 Ω - Chạm tay vào dây điện 1.000.000 Ω 15.000 Ω 15.000 Ω - 3.000 Ω - Cầm vào dây điện 50.000 Ω 5.000 Ω 5.000 Ω - 1.000 Ω - Cầm vào ống nước 10.000 Ω 3.000 Ω Chạm gan bàn tay vào đường 3.000 Ω - 1.000 Ω - điện 8.000 Ω 2.000 Ω 1.000 Ω - 500 Ω - Nắm chặt một tay vào ống nước 3.000 Ω 1.500 Ω 500 Ω - 1.500 250 Ω - 750 Nắm chặt hai tay vào ống nước Ω Ω Nhúng tay vào nước hay chất 200 Ω - 500 - lỏng dẫn điện tốt Ω Nhúng chân vào nước hay chất 100 Ω - 300 - lỏng dẫn điện tốt Ω 7/Ích lợi
Dòng điện một chiều với cường độ cỡ mA khi truyền qua cơ thể gây nên những tác dụng sinh lý đặc biệt sau: làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đau gây giãn mạch ở phần cơ thể giữa hai điện cực tăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua. Các tác dụng của dòng điện qua cơ thể được ứng dụng trong châm cứu hay điện châm và là cơ sở của liệu pháp Galvani, trong đó người ta đưa dòng điện một chiều cường độ tới hàng chục mA vào cơ thể và kéo dài nhiều phút. Tuy nhiên trong những trường hợp tai biến bất ngờ, điện tác dụng lên cơ thể quá những mức độ mà cơ thể có thể chịu đựng được. Lúc đó điện trở thành một mối nguy hiểm cho sức khoẻ và tính mạng con người. Đối với những bệnh nhân khi tim đã ngừng đập người ta có thể dùng liệu pháp sốc điện để cố gắng kích thích tim đập lại với hy vọng duy trì sự sống. 8/Tốc độ dòng điện Dòng điện chảy theo một hướng, nhưng các điện tích đơn lẻ trong dòng chảy này không nhất thiết chuyển động thẳng theo dòng. Ví dụ như trong kim loại, electron chuyển động zigzag, va đập từ nguyên tử này sang nguyên tử kia; chỉ nhìn trên tổng thể mới thấy xu hướng chung là chúng bị dịch chuyển theo chiều của điện trường. Tốc độ di chuyển vĩ mô của các điện tích có thể tìm được qua công thức: I=nAvQ với I là cường độ dòng điện n là số hạt tích điện trong một đơn vi thể tích A là diện tích mặt cắt của dây dẫn điện v là tốc độ di chuyển vĩ mô của các hạt tích điện. Q là điện tích của một hạt tích điện. Ví dụ, một dây đồng với diện tích mặt cắt bằng 0.5 mm2, mang dòng điện có cường độ 5 A, sẽ có dòng electron di động với tốc độ vĩ mô là vài millimét trên giây. Ví dụ khác, các electron chuyển động trong bóng hình của tivi theo đường gần thẳng với tốc độ cỡ 1/10 tốc độ ánh sáng.
Tốc độ di chuyển vĩ mô của dòng điện không nhất thiết phải là tốc độ truyền thông tin của nó. Tốc độ truyền thông tin của dòng điện trong dây đồng nhanh gần bằng tốc độ ánh sáng. Đó là do, theo lý thuyết điện động lực học lượng tử, các electron truyền tương tác với nhau thông qua photon, hạt chuyển động với vận tốc ánh sáng. Sự di chuyển, có thể là chậm chạp, của một electron ở một đầu dây, sẽ nhanh chóng được biết đến bởi một electron ở đầu dây kia, thông qua tương tác này. Điều này cũng giống như khi đầu tàu hỏa chuyển động với vận tốc nhỏ (ví dụ vài cm/s), gần như ngay lập tức toa cuối cùng của đoàn tàu cũng nhận được thông tin và chuyển động theo. Chuyển động tổng thể của đoàn tàu là chậm, nhưng thông tin lan truyền dọc theo đoàn tàu rất nhanh (vào cỡ tốc độ âm thanh lan truyền dọc theo tàu). 9/Mật độ dòng điện Một cách tổng quát, mật độ dòng chảy bất kỳ là cường độ dòng qua đơn vị diện tích mặt cắt vuông góc với dòng đó, với dòng có thể là dòng điện, dòng nước,... Đối với dòng điện, mật độ dòng được gọi là mật độ dòng điện. Cường độ dòng tổng quát liên hệ với mật độ dòng tổng quát trên một bề mặt bất kỳ qua công thức: với φ là cường độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng ampe A diện tích mà dòng đi qua, đo bằng mét vuông j là mật độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng A/m2 Cũng có thể biểu diễn mật độ dòng là: với n là số hạt mang dòng trong một đơn vị thể tích x là điện tích hay khối lượng hay các tính chất khác đang quan tâm của hạt mang
dòng u là vận tốc chuyển động vĩ mô của dòng hạt Mật độ dòng điện có ý nghĩa trong thiết kế mạch điện, trong điện tử học. Các thiết bị tiêu thụ điện thường bị nóng lên khi có dòng điện chạy qua, và chỉ hoạt động tốt dưới một mật độ dòng điện an toàn nào đấy; nếu không chúng sẽ bị nóng quá, chảy hoặc cháy. Ngay cả trong vật liệu siêu dẫn, nơi điện năng không bị chuyển hóa thành nhiệt năng, mật độ dòng điện lớn quá có thể tạo ra từ trường quá mạnh, phá hủy trạng thái siêu dẫn. Các đơn vị điện từ trong SI Ký Thứ Tên Đại lượng đo hiệu nguyên ămpe (đơn vị A A Dòng điện cơ bản của SI) Điện tích, Điện culông C A·s lượng J/C = Điện thế, Hiệu vôn V kg·m2·s−3·A−1 điện thế V/A = Điện trở, Trở ôm Ω kg·m2·s−3·A−2 kháng, Điện kháng kg·m3·s−3·A Ω· ôm mét Điện trở suất −2 m C/V = fara F Điện dung kg−1·m−2·A2·s4 kg−1·m−3·A2· F/ fara trên mét Điện môi s4 m kg·m2·A−2·s fara nghịch 1/ Elastance?? −1 −4 đảo F hay F
Ω−1 = Độ dẫn điện, Độ siêmen S kg−1·m−2·s3·A2 dẫn nạp kg−1·m−3·s3· siêmen trên S/ Suất dẫn điện A2 mét m W V·s = weber Từ thông kg·m2·s−2·A−1 b Wb/m2 = tesla T Mật độ từ thông kg·s−2·A−1 A/ A·m−1 ămpe trên mét Cảm ứng từ m kg−1·m−2·s2· ămpe trên A/ Từ trở A2 weber Wb V·s/A = henry H Tự cảm kg·m2·s−2·A−2 kg·m·s−2·A− H/ henry trên mét Độ từ thẩm 2 m (Phi thứ - - Cả m từ nguyên)