Chương 1: Cơ sở điện học
2
Chöông 1
CÔ SỞ ĐIỆN HỌC
1.1. Nguồn gốc của dòng điện
1.1.1. Cấu tạo vật chất
Theo thuyeát phaân töû, caùc nhaø khoa hoïc cho raèng: phaân töû chính laø thaønh phaàn
nhoû nhaát cuûa vaät chaát.
Ví duï: nöôùc laø do nhieàu (voâ soá) phaân töû nöôùc keát hôïp laïi.
Phaân töû muoái vaãn mang tính chaát maën cuûa muoái.
Phaân töû ñöôøng vaãn mang tính chaát ngoït cuûa ñöôøng.
Baûn thaân phaân töû laïi do nhöõng phaàn töû nhoû hôn hôïp thaønh. Theo thuyeát nguyeân
töû thì nguyeân töû laø thaønh phaàn nhoû nhaát cuûa vaät chaát coøn mang tính chaát ñoù.
Ñôn chaát (chaát cô baûn) laø vaät chaát chæ do moät chaát taïo thaønh, nghóa laø khoâng theå
phaân tích ra hai hay nhieàu chaát cô baûn.
Ví duï: oxy, hydro, vaøng, saét…
Hôïp chaát laø nhöõng vaät chaát coù theå phaân tích thaønh hai hay nhieàu chaát cô baûn.
Ví duï: nöôùc laø hôïp chaát vì coù theå phaân tích thaønh hai chaát cô baûn laø khí hydro
vaø khí oxy.
Năm 1987, W. Thomson khám phá ra electron và chứng minh nó có điện tích âm.
Sau đó, N. Bohr (nhà vật lí người Đan Mạch) đã mô hình hóa mẫu hành tinh nguyên tử.
Do đó mới phát minh ra thuyết điện tử.
Theo thuyeát ñieän töû, taát caû caùc nguyeân töû ñöôïc caáu taïo bôûi 3 loaïi “haït” chính:
Proton laø haït mang ñieän tích döông, caùc proton naèm trong nhaân nguyeân töû.
Neutron laø moät hay nhieàu haït khoâng mang ñieän tích. Caùc neutron naèm trong
nhaân nguyeân töû.
Electron (ñieän töû) laø haït mang ñieän tích aâm vaø cuõng laø ñieän tích cô baûn. Caùc
ñieän töû chuyeån ñoäng xung quanh nhaân.
Ví dụ: nguyên tử He
+ +
Chương 1: Cơ sở điện học
3
Hình 1.1. Cấu tạo nguyên tử He
Bình thöôøng nguyeân töû ôû traïng thaùi trung hoaø ñieän, nghóa laø soá löôïng proton
baèng soá löôïng electron.
1.1.2. Điện tích
Ñieän laø moät thuoäc tính cuûa haït, löôïng mang tính chaát ñieän goïi laø ñieän tích.
Đơn vị đo điện tích được tính bằng coulomb (C).
Mỗi electron có điện tích: e = 1,6.10-19C.
Caùc haït mang ñieän töông taùc nhau: caùc haït traùi daáu huùt nhau, caùc haït cuøng daáu
ñaåy nhau.
Khi khảo sát các lực tương tác giữa những hạt tích điện năm 1785, nhà Vật lý
người Pháp Coulomb đã phát hiện ra định luật sau.
Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1, q2 ở trạng thái đứng yên, cách nhau một
khoảng r có:
- Phương là đường thẳng nối hai điện tích điểm.
- Độ lớn tỉ lệ thuận với tích q1,q2 và tỉ lệ nghịch với r2
Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1, q2 ở trạng thái đứng yên, cách
nhau một khoảng r được xác định theo định luật Coulomb:
F: lực tương tác (N)
q1,q2 : điện tích (C)
r: khoảng cách (m)
Nguyeân töû trung hoaø ñieän khi soá löôïng proton baèng soá löôïng electron
Moät nguyeân töû khi khoâng caân baèng ñieän thì trôû thaønh ion:
Ion döông khi soá löôïng proton lôùn hôn soá löôïng electron.
Ion aâm khi soá löôïng proton nhoû hôn soá löôïng electron.
Ví duï: Moät ñieän töû thoaùt ly khoûi nguyeân töû thì ñieän töû laø ion aâm coøn nguyeân töû
coøn laïi laø ion döông.
Chương 1: Cơ sở điện học
4
1.1.3. Điện trường
Naêng löôïng phaân boá lieân keát vôùi ñieän tích cho chuùng ta moät hình aûnh veà ñieän
tröôøng. Ñieän tích toûa ra khoâng gian quanh noù moät tröôøng aûnh höôûng goïi laø ñieän
tröôøng.
Tính chaát cô baûn cuûa ñieän tröôøng laø khi coù moät ñieän tích ñaët trong ñieän tröôøng
thì ñieän tích ñoù chòu taùc duïng cuûa löïc ñieän.
Ñieän tröôøng laø daïng vaät chaát toàn taïi xung quanh ñieän tích vaø taùc duïng leân ñieän
tích khaùc ñaët trong noù.
Ngöôøi ta bieåu dieãn ñieän tröôøng baèng caùc ñöôøng söùc, maät ñoä caùc ñöôøng söùc duøng
ñeå chæ cöôøng ñoä ñieän tröôøng.
E: cöôøng ñoä ñieän tröôøng (V/m)
F: löïc ñieän tröôøng (N)
q: đieän tích (C)
Vì ñieän töû mang ñieän tích aâm (q = e) neân löïc taùc ñoäng leân ñieän töû ngöôïc chieàu
vôùi ñieän tröôøng hay noùi caùch khaùc, moät ñieän töû töï do seõ di chuyeån ngöôïc chieàu vôùi
ñieän tröôøng.
Chieàu cuûa ñöôøng söùc ñi töø ñieän tích döông ñeán ñieän tích aâm.
Hình 1.2. Biểu diễn chiều của đường sức
1.1.4. Điện thế - hiệu điện thế
Töông töï nhö nöôùc chæ chaûy thaønh doøng töø nôi cao ñeán nôi thaáp cuûa traùi ñaát
nghóa laø giöõa hai nôi coù ñòa theá khaùc nhau, baèng thöïc nghieäm caùc nhaø vaät lyù ñaõ
chöùng toû raèng: caùc haït mang ñieän tích chæ chuyeån ñoäng coù höôùng taïo thaønh doøng
+
-
E =
q
F
Chương 1: Cơ sở điện học
5
ñieän giöõa hai ñieåm coù ñieän theá khaùc nhau.
ÔÛ maïch ñieän - ñieän löôïng taïi A coù moät theá naêng ñieän, goïi taét laø ñieän theá taïi A
vaø taïi B cuõng coù moät ñieän theá töông öùng vôùi vò trí B trong maïch.
Hình 1.3.
Ñeå dòch chuyeån ñieän löôïng q töø vò trí A sang vò trí B töùc ñeå taïo doøng ñieän töø A
sang B thì nguoàn ñieän phaûi taïo ra moät naêng löôïng laø VAB
VAB =VA-VB = -VBA, goïi laø hieäu ñieän theá giöõa A vaø B.
Điểm nối chung của mạch điện được chọn làm điểm gốc (điểm đất, điểm masse).
Điểm này có điện thế bằng 0. Khi cho điểm A nối trực tiếp xuống masse thì điểm A có
điện thế: VA = 0
1.5. Dòng điện
Doøng ñieän laø doøng chuyeån dôøi coù höôùng cuûa caùc haït mang ñieän.
dt
dq
I
I: cöôøng ñoä doøng ñieän (A)
dq: ñieän löôïng (C)
dt: khoaûng thôøi gian ngaén (s)
Theo qui öôùc doøng ñieän coù chieàu töø döông sang aâm. Đơn vị đo cường độ dòng
điện: Ampere (A)
1mA (miliampere) = 10-3A
1µA (microampere) = 10-6A
1.2. Doøng ñieän moät chieàu (direct current)
Khi doøng ñieän vaø ñieän theá phaân boá trong moät heä maïch khoâng thay ñoåi theo thôøi
gian thì maïch ñöôïc xem nhö ôû traïng thaùi tónh hay traïng thaùi DC.
1.2.1. Định nghĩa
B
A
+ -
Nguoàn ñieän
Chương 1: Cơ sở điện học
6
Doøng ñieän moät chieàu laø doøng điện có chiều và giá trị cường độ dòng điện không
đổi theo thời gian.
1.2.2. Cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện đo bằng lượng điện tích của các điện tử tự do chuyển động
có hướng qua thiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian.
dt
dq
I
I: cöôøng ñoä doøng ñieän (A)
dq: ñieän löôïng (C)
dt: khoaûng thôøi gian ngaén (s)
Dòng điện không đổi:
t
Q
I
Q là tổng các điện tích đi qua thiết diện dây dẫn trong khoảng thời gian t.
1.2.3. Chiều của dòng điện
Dòng điện trong mạch có chiều chuyển động từ nơi có điện thế cao sang nơi có
điện thế thấp. Chiều của dòng điện ngược với chiều chuyển động của điện tử.
1.2.4. Nguồn điện một chiều
Các loại nguồn một chiều:
- Pin, acquy.
- Pin mặt trời.
- Máy phát điện một chiều.
- Bộ nguồn điện tử công suất.
Khi sử dụng nguồn một chiều, cần biết hai thông số quan trọng của nguồn và điện
áp làm việc và điện lượng.
1.2.5. Cách mắc Nguồn điện một chiều
- Mắc nối tiếp.
- Mắc song song.
- Mắc hỗn hợp.
1.3. Doøng ñieän xoay chieàu (alternative current)
Khi doøng ñieän vaø ñieän theá phaân boá trong moät heä maïch thay ñoåi theo thôøi gian
thì maïch ñöôïc xem nhö ôû traïng thaùi ñoäng hay traïng thaùi AC.
1.3.1. Định nghĩa