Dòng điện là gì? Đặc điểm, tác dụng và cách đo dòng điện

Sự ra đời của dòng điện như mở ra một cột mốc lịch sử trong quá trình phát triển của lịch sử của loài người. Đặc biệt tính đến thời điểm hiện tại, nó dần được phát triển và ứng dụng rộng rãi hơn trong nhiều lĩnh vực từ sinh hoạt đến sản xuất. Dù vậy không phải ai cũng hiểu rõ về dòng điện, dòng điện là gì? Có những loại dòng điện nào hay dòng điện có tác dụng gì? Tại bài viết dưới đây, cùng Điện máy Yên Phát làm rõ về vấn đề này nhé!

Dòng điện là gì?

Hiểu đơn giản, dòng điện chính là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện. Các hạt mang điện ở đây có thể là ion hoặc các chất điện ly. Đối với Plasma thì cả electron và ion đều được tính là hạt mang điện. 

Công thức tính độ lớn cường độ dòng điện

I=V/R

Trong đó:

• I - là cường độ dòng điện
• V - là điện áp
• R - là điện trở

Khái niệm dòng điện là gì?

Tìm hiểu về dòng điện trong từng loại môi trường

Dòng điện có thể được tạo và di chuyển trong nhiều loại môi trường khác nhau. Dĩ nhiên ở mỗi môi trường, nó đều có những đặc điểm nổi bật riêng. Cụ thể như: 

Dòng điện trong kim loại

Về mặt bản chất, dòng điện trong kim loại chính là dòng chuyển dời có hướng của các e ngược chiều với điện trường. Cũng vì vậy mà giá trị điện trở suất của kim loại thường phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ ρ = ρo[1 + α(t – to)].

Trong đó:

• α là hệ số nhiệt điện trở (K−1)(K−1).
• ρo là giá trị điện trở suất ở nhiệt độ t0.

Ngoài ra, để tính suất điện động của các cặp nhiệt điện, bạn có thể áp dụng công thức sau: 

E = αT(T1 – T2).

Trong đó: 

• Hiệu số T1 – T2 chính là mức chênh lệch giữa nhiệt độ đầu nóng và lạnh 
• αT là hệ số nhiệt điện động tương ứng.

Dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong môi trường các chất điện phân

Môi trường chất điện phân ở đây chính là dung dịch axit, bazo, muối bị phân ly thành các ion. Dòng điện trong chất điện phân là dòng các e có hướng trong điện trường và thường được phân làm 2 hướng ngược chiều. Trong đó hiện tượng gốc axit thường tác dụng với cực dương để tạo thành chất điện phân tan. Từ đó khiến cực dương bị ăn mòn, đó chính là hiện tượng dương cực tan. 

Dòng điện chạy trong môi trường chất khí

Có thể bạn chưa biết: Trong điều kiện thường, chất khí không có khả năng dẫn điện. Tuy nhiên nó có thể dẫn điện khi có sự ion hóa các phân tử. Lúc này dòng điện trong môi trường chất khí chính là dòng e, ion + và - được tạo ra bởi ion hóa. Trường hợp sử dụng nguồn điện có khả năng tạo hiệu thế lớn thì có thể xuất hiện hiện tượng hạt nhân tải điện. Lúc này quá trình phòng điện vẫn được diễn ra song song khi không có ion hóa chất khí từ môi trường ngoài. Nó còn được biết đến là quá trình phòng điện tự lực. 

Dòng điện chạy trong môi trường chân không

Cũng bởi đặc tính chỉnh lưu Diot trong môi trường chân không, dòng điện chỉ có thể đi qua một chiều duy nhất. Nó có thể được tăng tốc hoặc đổi chiều nhờ vào từ trường và điện trường. Vì thế dòng điện trong chân không chính là dòng các e chuyển động từ cực âm tới cực dương, dưới tác động của từ trường. Về mặt bản chất, dòng điện trong môi trường chân không là dòng không có năng lượng và vật chất. 

Dòng điện chạy trong môi trường chân không

Dòng điện chạy trong môi trường chất bán dẫn

Chất bán dẫn ở đây chính là các nhóm gồm Si, Ge,... hoặc được tạo bằng e và lỗ hổng. Trong môi trường bán dẫn tinh khiết, mật độ lỗ hổng chính bằng mật độ e. Ngược lại nếu bán dẫn loại P thì mật độ e thường nhỏ hơn mật độ lỗ hổng hay bán dẫn loại n thì mật độ lỗ hổng nhỏ hơn mật độ e. Lúc này dòng điện chạy trong chất bán dẫn là dòng chuyển dịch cac e ngược chiều với điện trường. 

Phân loại dòng điện

Dòng điện hiện nay được phân ra làm hai loại đó là dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC). 

Dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều (Direct Current) là dòng điện chạy trong dây dẫn theo một chiều cố định dù cường độ có tăng hay giảm so với độ lớn của dòng điện. Chiều của dòng điện một chiều được quy ước là đi từ dương sang âm và nó được tạo ra từ nguồn pin, ắc quy và năng lượng mặt trời.

Dòng điện một chiều được sử dụng trong một số thiết bị như điện thoại di động, sạc điện thoại, xe điện, pin, bình ắc quy, thiết bị điện tử,... Theo nguyên tắc, dòng điện 1 chiều được ký hiệu là DC. Đối với thiết bị sử dụng dòng điện DC sẽ có ký hiệu cực âm là dấu trừ (-) và cực dương là dấu cộng (+).

Sơ đồ hoạt động của dòng điện một chiều 

Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều (Alternating Current) là dòng điện có chiều và độ lớn thay đổi theo thời gian. Các electron tự do sẽ di chuyển theo 2 hướng và thường sẽ có chu kỳ nhất định. Dòng điện xoay chiều trong mạch sẽ dịch chuyển theo một chiều và sau đó chạy theo chiều ngược lại theo định kỳ. 

Khi nhắc đến dòng điện xoay chiều, chúng ta thường nhắc đến chu kỳ, tần số và giá trị của dòng điện. Trong đó, giá trị của dòng điện có thể chuyển đổi từ giá trị cao sang giá trị thấp bằng máy biến áp. Phần lớn các thiết bị điện gia dụng hiện nay đều sử dụng điện xoay chiều, cụ thể như: tủ lạnh, máy lạnh, nồi cơm điện, máy giặt, bếp điện, tivi, bóng đèn huỳnh quang,... Trong vật lý hay các sơ  đồ điện, dòng điện xoay chiều có kí hiệu là AC hoặc (~).

Dòng điện xoay chiều được ứng dụng phổ biến trong sinh hoạt và sản xuất

Dòng điện được sử dụng với tác dụng gì?

Dòng điện có ba tác dụng chính đó là nhiệt, từ trường và hóa học.

Tác dụng nhiệt

Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn, nhiệt độ của dây dẫn sẽ tăng lên. Đây là hiệu ứng làm nóng của dòng điện và nó được ứng dụng trong cuộc sống như: bóng đèn điện, máy nước nóng, bàn là điện,…

Tác dụng từ

Khi dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ tạo ra một lực từ trường hay chính là hiệu ứng từ của dòng điện. Các thiết bị hoạt động trên hiệu ứng từ là tiền đề để chế tạo và phát triển động cơ điện và nam châm điện.

Những tác dụng của dòng điện

Tác dụng hóa học

Vào năm 1800, William Nicholson - một nhà hóa học người Anh đã chỉ ra rằng: Khi ngâm các điện cực trong nước và truyền dòng điện qua nước. Những bong bóng oxy được sinh ra ở điện cực nối với cực dương và bong bóng hidro được hình thành ở điện cực nối với cực âm. Một số phản ứng hóa học cần có sự tác động của dòng điện truyền qua dung dịch dẫn điện. Đó chính là hiệu ứng hóa học của dòng điện. Ngoài hiện tượng xuất hiện bong bóng tại điện cực, cặn kim loại cũng có thể nhìn thấy trên các điện cực hoặc dung dịch sẽ bị đổi màu.

Cách đo dòng điện chính xác, an toàn

Làm sao để xác định cường độ dòng điện trong mạch? Hiện nay có 2 cách đo cường độ dòng điện là sử dụng Ampe kế và dùng đồng hồ vạn năng. Cách thực hiện như sau:

Sử dụng Ampe kế 

Mắc nối tiếp Ampe kế với  cường độ dòng điện cần đo. Trong đó:

• Cực dương của Ampe kế được mắc với cực dương của nguồn điện. Tuyệt đôi không mắc trực tiếp 2 chốt của Ampe kế với 2 cực của nguồn điện.
• Cực âm của Ampe kế được mắc với cực âm của nguồn điện.

Lưu ý: Cần chọn loại Ampe kế có giới hạn đo phù hợp với kết quả cần đo, độ chia nhỏ nhất càng nhỏ thì độ chính xác càng cao.

Sử dụng Ampe kế để xác định giá trị cường độ dòng điện

Sử dụng đồng hồ vạn năng

Chúng ta có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để đo và kiểm tra cường độ dòng điện trên cả dòng điện 1 chiều và dòng điện xoay chiều.

Đối với dòng điện một chiều

• Que đo màu đen được cắm vào đầu COM, que đo màu đỏ cắm vào đầu dương (+).
• Điều chỉnh đồng hồ vạn năng về thang DC.A - 250mA.
• Ngắt nguồn điện của mạch thí nghiệm.
• Que đo màu đỏ của đồng hồ vạn năng hướng về phía cực dương  (+) và que đo màu đen tại cực âm (-) theo chiều của dòng điện trong mạch thí nghiệm.
• Bật nguồn dòng điện để bắt đầu đo.
• Đọc giá trị trên cung chia độ C và tính bằng cách nhân số chỉ của kim trên cung chia độ với thang đo. Sau đó chia cho giá trị cực đại trên cung chia độ đó.

Sử dụng đồng hồ vạn năng cũng là cách để đo được dòng điện

Đối với dòng điện xoay chiều

• Que đo màu đen đem cắm vào đầu COM còn que màu đỏ cắm vào đầu AC - 15A.
• Chuyển mạch của đồng hồ về thang AC - 15A.
• Ngắt nguồn điện thí nghiệm.
• Nối 2 que đo của đồng hồ với 2 điểm cần đo dòng điện.
• Bật nguồn để dòng điện chạy trong mạch thí nghiệm.
• Đọc trên cung chia độ E15 và tính giá trị bằng cách nhân số chỉ kim trên cung chia độ nhân với thang đo và chia cho giá trị cực đại trên cung chia độ đó.

Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu về dòng điện là gì, các loại dòng điện cũng như tác dụng và cách xác định độ lớn cường độ dòng điện. Hy vọng những kiến thức được tổng hợp và chia sẻ trong bài viết trên đây có thể đưa đến cho bạn những thông tin hữu ích!