CHAPTER 5: CURRENT, RESISTANCE,
AND ELECTROMOTIVE FORCE
Lecturer: Dr. Nguyen Quy Tuan
2
By studying this chapter, you will learn:
• The meaning of electric current, and how charges move in a
conductor.
• What is meant by the resistivity and conductivity of a substance.
• How to calculate the resistance of a conductor from its
dimensions and its resistivity.
• How an electromotive force (emf) makes it possible for current to
flow in a circuit.
• How to do calculations involving energy and power in circuits
Learning goals
3
5.1 Current
5.2 Resistivity
5.3 Resistance
5.4 Electromotive Force and Circuits
5.5 Energy and Power in Electric Circuits
Contents
4
5.1 CURRENT
5
Definition of current (1)
A current is any motion of charge from one region to another.
In electrostatic situations, the electric field is zero
→ the electrons are move freely
and randomly
→no current.
When is established
→ charged particles move in the
direction of the electric force:
=
→a net current in the conductor
→Dòng điệnlà dòng chuyển dời
có hướng của các điện tích.
6
Quy ước:
- Chiều dòng điện: trùng với chiều
chuyểnđộng của các điện tích
dương (+)
→cùng chiều củađiện trường
Trong kim loại, các chuyển
động ngược chiều
→ chiềungược chiều chuyển
động của các .
Definition of current (2)
7
Definition of current (3)
Xét một dây dẫn có tiết diện A có các
điện tích (+)
Định nghĩa:
Cường độ dòng điệnđi qua diện tích
là tổng số điện tích đi qua diện tích đó
trong mộtđơn vịthời gian.
Trong hệSI: dòng điện có đơn vịAmpere (A)
1A = 1C/1s
Các đơn vịkhác:
1
mA
=
10
A
1
A
=
10
A
,
1nA
=
10
A
= 
 (5.1)
8
Current, Drift Velocity, and Current Density
Xét hướng sang phải
trong thời gian , các điện tích dịch
chuyển mộtđoạn
 = 
với: vận tốc trôi của các điện tích
Số hạt dịch chuyển qua diện tích :
= !"
#= !
với!là mậtđộ hạt trong dây dẫn
diện tích
Tổng điện tích đi qua dây dẫn:
 = || = ||(!)
với|| độ lớn của mộtđiện tích
→Cường độ dòng điện trong dây dẫn:
=


=
|
|
!
(5.2)
9
Current, Drift Velocity, and Current Density
Mật độ dòng điện'(Current Density) = dòng điệndịch chuyển
qua mộtđơn vịdiện tích.
' =
= ||!
Đơn vịcủa mậtđộ dòng điện: A/m2.
Mật độ dòng phụthuộc vào chiều chuyểnđộng của diện tích
→vector mậtđộ dòng '
:
'
= !
Lưu ý:
- Nếu > 0 → cùng chiều→'
cùng chiều
- Nếu < 0 → ngược chiều→'
cùng chiều
→
'
luôn cùng chiều
(5.3)
(5.4)
10
Cautions
- Mậtđộ dòng điện'
là đại lượng vector.
- Cường độ dòng điệnlà mộtđại lượng vô hướng.
- Trong trường hợp có nhiềuđiện tích trái dấu chuyểnđộng
ngược chiều nhau (trong các dung dịch muối)
→dòng điện tổng = tổng các dòng điện thành phần
11
Cautions
- Trong một mạch kín, cường độ dòng điện tại mọiđiểm trong
mạch đều nhưnhau.
- Nếu dòng điện có chiều và độ lớn không đổi
→dòng điện một chiều (DC: direct current)
- Nếu dòng điện có chiều thay đổi
→ dòng điện xoay chiều (AC: alternating current)
12
Example: Current density and drift velocity in a wire
A copper wire (the size usually used for lamp cords), with a
diameter of 1.02 mm, carries a constant current of 1.67 A to a
200-W lamp. The free-electron density in the wire is 8.5 × 10./
per cubic meter. Find
a) the current density and
b) the drift speed.
Ans.:
a) ' = 2.04 × 10 A/m.
b) = 1.5 × 102m/s
13
5.2 RESISTIVITY
14
The definition of resistivity and conductivity
Điện trường bên trong một vật liệu làm xuất hiện dòng điện.
→mậtđộ dòng điện'∝cường độ điện trường .
Hệsốtỉlệhay tỉ số của điện trường với mật độ dòng điện'
được gọi là điện trở suấtρ(resistivity):
4 =
'
Trong hệSI, đơn vịcủađiện trởsuất: Vm/A, hay Ωm.
1Vm
A= 1Ωm
Nghịch đảo củađiện trởsuất4được gọi là độ dẫn suất7.
7 = 1/4
Trong hệSI, đơn vịcủađộ dẫn suất:
(
Ω
m
)
8
(5.5)
(5.6)
15
A conductor (chất dẫnđiện) such as a metal has high conductivity
and a low resistivity.
An insulator (chất cách điện) like glass has low conductivity and a
high resistivity.
The conductivity of a semiconductor (chất bán dẫn) is generally
intermediate, but varies widely under different conditions.
Resistivity of some materials (1)
16
Resistivity of some materials (2)
Điện trởsuấtở nhiệtđộ phòng của 1 sốkim loạiđiển hình.
Dây dẫnđiện thường được làm bằng vật liệu gì? Vì sao?
17
Điện trở suất của các chất phụthuộc vào nhiệtđộ
→phương trình xấp xỉ:
49 = 4#[1 + < 9 − 9#]
với là hệ sốnhiệtđộ củađiện trở.
9#là nhiệt độ tham chiếu cố định (thường là nhiệt độ phòng)
ρ#là điện trởsuấtở nhiệtđộ 9#
Resistivity and Temperature (1)
(5.7)
18
Với các kim loại, < > 0 → 4 tăng theo nhiệtđộ
Với các chất bán dẫn, < < 0 → 4 giảmtheo nhiệtđộ.
Khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn9?, một sốchất
sẽ không có điện trở(@ = 0).
→ các chất siêu dẫn
Resistivity and Temperature (2)
Kim loại Chất bán dẫn Chất siêu dẫn
19
5.3 RESISTANCE
Điện trởlà mộtđại lượng vật lí biểu thị đặc tính cản trởdòng
điện của một vật có khảnăng cho dòng điện chạy qua.
Vật nào dẫnđiện càng tốt thì điện trởcủa nó càng nhỏvà
ngược lại.
20
Definition of resistance