DANG 1 DONG DIEN VA CUONG DO DONG DIEN 10tr

PHẦN II DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI I KIẾN THỨC CƠ BẢN Dòng điện + Dòng điện dòng điện tích dịch chuyển có hướng + Chiều qui ước dòng điện chiều dịch chuyển điện tích dương tức ngược chiều dịch chuyển electron + Các tác dụng dòng điện: dòng điện có tác dụng nhiệt, tác dụng hố học, tác dụng từ, tác dụng tác dụng sinh lí, tác dụng từ tác dụng đặc trưng dòng điện + Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu dòng điện xác định thương số điện lượng ∆q dịch chuyển qua tiết diện ∆q ∆t Dịng điện có chiều cường độ không thay đổi theo thời gian gọi dòng thẳng vật dẫn khoảng thời gian ∆t khoảng thời gian đó: I = + q t + Điều kiện để có dịng điện mơi trường mơi trường phải có điện tích tự phải có điện trường để đẩy điện tích tự chuyển động có hướng Trong vật dẫn điện có điện tích tự nên điều kiện để có dịng điện phải có hiệu điện đặt vào hai đầu vật dẫn điện Nguồn điện + Nguồn điện thiết bị để tạo trì hiệu điện nhằm trì dịng điện mạch + Nguồn điện có hai cực: cực dương (+) cực âm (-) + Các lực lạ (khác chất với lực điện) bên nguồn điện có tác dụng làm cho hai cực nguồn điện tích điện khác trì hiệu điện hai cực + Suất điện động nguồn điện đặc trưng cho khả thực công nguồn điện đo công lực lạ làm dịch chuyển đơn điện khơng đổi Với dịng điện khơng đổi ta có: I = vị điện tích dương ngược chiều điện trường bên nguồn điện: E = + + A q Để đo suất điện động nguồn ta dùng vôn kế mắc vào hai cực nguồn điện mạch để hở Điện trở r nguồn điện gọi điện trở 129 Điện trở + + + l S Trong đó: l chiều dài (m); S tiết diện ngang (m2); ρ điện trở suất (Ωm) Điện trở tương đương đoạn mạch mắc nối tiếp: R = R + R + + R n Điện trở đoạn dây dẫn: R = ρ Điện trở tương đương đoạn mạch mắc song song: 1 1 = + + + R R1 R Rn Điện Công suất điện + Lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ có dịng điện chạy qua để chuyển hóa thành dạng lượng khác đo công lực điện thực dịch chuyển có hướng điện tích + Cơng suất điện đoạn mạch công suất tiêu thụ điện đoạn mạch có trị số điện mà đoạn mạch tiêu thụ đơn vị thời gian, tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch A = UI t Nhiệt lượng tỏa vật dẫn có dịng điện chạy qua tỉ lệ thuận với điện trở vật dẫn, với bình phương cường độ dịng điện với thời gian dịng điện chạy qua vật dẫn đó: Q = RI2t Cơng suất tỏa nhiệt P vật dẫn có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt vật dẫn xác định nhiệt lượng tỏa cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó: P = + + + Q =I R t Công nguồn điện điện tiêu thụ toàn mạch: A ng = EIt + Công suất nguồn điện công suất tiêu thụ điện toàn vật dẫn đơn vị thời gian: P = mạch: Png = E.I + + Để đo công suất điện người ta dùng ốt-kế Để đo cơng dịng điện, tức điện tiêu thụ, người ta dùng máy đếm điện hay công tơ điện Điện tiêu thụ thường tính kilơoat (kWh) 1kW.h = 600 000J 130 Định luật Ơm tồn mạch + Cường độ dịng điện chạy mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện tỉ lệ nghịch với điện trở tồn phần mạch đó: I = E, r I R E RN + r B A + Tích cường độ dịng điện chạy qua đoạn mạch điện trở gọi độ giảm đoạn mạch Suất điện động nguồn điện có giá trị tổng độ giảm điện mạch mạch trong: E = I.R N + I.r = U + I.r + Hiện tượng đoản mạch xảy nối hai cực nguồn điện dây dẫn có điện trở nhỏ Khi đoản mạch, dịng điện qua mạch có cường độ lớn có hại Pich U.I U I.R R = = = = Hiệu suất nguồn điện: H = Pnguon E.I E I.R + I.r R + r + Định luật ôm loại đoạn mạch + Định luật Ohm chứa nguồn (máy phát): I =   + r+R Đối với nguồn điện (máy phát): dòng điện vào cực âm từ cực dương UAB: tính theo chiều dòng điện từ A đến B qua mạch ( U AB = − U BA ) E, r R A B I Định luật Ohm cho đoạn mạch chứa máy thu điện: I =   U AB −Et rt + R Đối với máy thu Et: dòng điện vào cực dương từ cực âm UAB: tính theo chiều dịng điện từ A đến B qua mạch A + U AB + Ep I E t,rt R B Mắc nguồn điện thành bộ: 131  Eb = E1 + E2 + E3 +… + En Mắc nối tiếp:   rb = r1 + r2 + r3 +… + rn • E1, r Eb = n.E Nếu có n nguồn giống nhau:   rb = n.r E2, r E3, r En, r Eb, rb E1, r1 E2, r2 E1, r1 E2, r2 + Eb = E1 - E2 Mắc xung đối:   rb = r1 + r2 + Eb = E  Mắc song song (các nguồn giống nhau):  r  rb = n E, r E, r E, r + Eb = mE  Mắc hỗn hợp đối xứng (các nguồn giống nhau):  mr rb =   n Với m: số nguồn dãy (hàng ngang); n: số dãy (hàng dọc) Tổng số nguồn nguồn: N = n.m E, r E, r E, r E, r E, r E, r 132 II CÁC DẠNG TỐN Dạng ĐẠI CƯƠNG VỀ DỊNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI A Phương pháp giải ∆q + Cường độ dòng điện: I = ∆t ∆q I.t = + Số elcetron: n = e e + Mật độ dòng điện: i = I ∆q N e N e d N e d = = = = = nv e S ∆t.S ∆t.S ∆t.S.d V.∆t Trong đó: I cường độ dòng điện, đơn vị Ampe (A); S tiết diện ngang dây dẫn, đơn vị m2; n mật độ hạt, đơn vị hạt/m3; ∆q điện lượng (lượng điện tích); v tốc độ trung bình hạt mang điện (m/s) N  Với n = gọi mật độ hạt, đơn vị hạt/m3 V d  v= tốc độ trung bình hạt mang điện (m/s) ∆t Chú ý: ∆t hữu hạn I có giá trị trung bình, ∆t nhỏ I dịng điện tức thời i (dịng điện thời điểm) A + Suất điện động nguồn điện: E = ⇒ A = Eq = E.I.t q Trong đó: A cơng mà nguồn điện (công lực lạ), đơn vị Jun (J); q độ lớn điện tích, đơn vị Cu-lơng (C); E suất điện động nguồn điện, đơn vị Vôn (V) B VÍ DỤ MẪU Ví dụ 1: Trong giây có 109 hạt electron qua tiết diện thẳng ống phóng điện Biết điện tích hạt có độ lớn 1,6.10-19C Tính: a) Cường độ dịng điện qua ống b) Mật độ dòng điện, biết ống có tiết diện ngang S = cm2 Hướng dẫn giải a) Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang ống dây: ∆q = n e = 109.1,6.10−19 = 1,6.10 −10 ( C ) 133 + Dòng điện chạy qua ống dây: I = b) Mật độ dòng điện: i = ∆q = 1,6.10 −10 ( A ∆t ) I = 1,6.10−6 ( A / m ) S Ví dụ 2: Một dịng điện khơng đổi có I = 4,8A chạy qua dây kim loại tiết diện thẳng S = 1cm2 Tính: a) Số êlectrơn qua tiết diện thẳng dây 1s b) Vận tốc trung bình chuyển động định hướng êlectrơn Biết mật độ êlectrôn tự n = 3.1028m–3 Hướng dẫn giải a) Số êlectrôn qua tiết diện thẳng dây 1s It 4,8.1 q ne = 3.1019 Ta có: I = = ⇒n = = − 19 e 1,6.10 t t Vậy: Số êlectrôn qua tiết diện thẳng dây 1s n = 3.1019 b) Vận tốc trung bình chuyển động định hướng êlectrơn I Ta có: Mật độ dịng điện: i = = nqv S I 4,8 = = 10−5 m/s = 0,01 mm/s ⇒v= nqS 3.1028.1,6.10−19.10−4 Vậy Vận tốc trung bình chuyển động định hướng êlectrơn v = 0,01mm/s Ví dụ 3: Pin Lơclăngsê sản công 270 J dịch chuyển lượng điện tích 180C hai cực bên pin Tính cơng mà pin sản dịch chuyển lượng điện tích 40 (C) hai cực bên pin Hướng dẫn giải A 270 = 1,5 ( V ) + Suất điện động pin: E = = q 180 + Công mà pin sản dịch chuyển lượng điện tích 60 (C) hai cực bên pin Ta có: E = A ⇒ A = qE = 40.1,5 = 60J q Ví dụ 4: Một acquy cung cấp dịng điện 5A liên tục phải nạp lại a) Tính cường độ dịng điện mà acquy cung cấp liên tục thời gian 12 phải nạp lại b) Tính suất điện động acquy thời gian hoạt động sản sinh cơng 1728 kJ Hướng dẫn giải 134 a) Mỗi acquy có dung lượng xác định Dung lượng acquy điện lượng lớn mà acquy cung cấp phát điện t1 + Dung lượng acquy: q = I.t ⇒ I1 t1 = I t ⇒ I = I1 = ( A ) t2 b) Suất điện động nguồn điện: E = A A 1728.103 = = = 24 ( V ) q I1t1 5.4.3600 C BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Tính số êlectron qua tiết diện thẳng dây dẫn giây, biết cường độ dòng điện qua dây dẫn A Bài Cường độ dịng điện khơng đổi chạy qua dây tóc bóng đèn 0,64 A a) Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc thời gian phút b) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc khoảng thời gian nói Bài Một dây dẫn hình trụ có bán kính tiết diện ngang R = 0,5 mm Hạt mang điện tự dây dẫn electron tạo thành dịng điện khơng đổi có cường độ I = 1,57 A Biết độ lớn điện tích hạt electron 1,6.10 -19C Lấy π = 3,14 a) Tính điện lượng chuyển qua tiết diện ngang dây thời gian 5s b) Tính mật độ dòng điện số electron qua tiết diện ngang dây dẫn thời gian 10s c) Tính vận tốc trung bình electron tạo nên dịng điện, biết mật độ electron tự n = 5.1028 hạt/m3 Bài Một dây dẫn kim loại có electron tự chạy qua tạo thành dòng điện khơng đổi Dây có tiết diện ngang S = 0,6 mm2, thời gian 10 s có điện lượng q = 9,6 C qua Tính: a) Cường độ mật độ dòng điện qua dây dẫn b) Số electron qua tiết diện ngang dây dẫn 10s c) Tính tốc độ trung bình electron tạo nên dòng điện, biết mật độ electron tự n = 4.1028 hạt/m3 Bài Một dây dẫn hình trụ tiết diện ngang S = 10 mm2 có dòng điện I = 2A chạy qua Hạt mang điện tự dây dẫn electron có độ lớn điện tích e = 1,6.10 19 C a) Tính số hạt electron chuyển động qua tiết diện ngang dây 1s b) Biết vận tốc trung bình hạt electron chuyển động có hướng 0,1 mm/s Tính mật độ hạt electron dây dẫn Bài Trong khoảng thời gian 10s, dòng điện qua dây dẫn tăng từ I = 1A đến I2 = 4A Tính cường độ dịng điện trung bình điện lượng qua dây thời gian 135 Bài Một acquy có suất điện động 12V, cung cấp dịng điện 2A liên tục phải nạp lại Tính cơng mà acquy sản sinh khoảng thời gian Bài Lực lạ thực cơng 1200 mJ di chuyển lượng điện tích 50 mC hai cực bên nguồn điện a) Tính suất điện động nguồn điện b) Tính công lực lạ di chuyển lượng điện tích 125 mC hai cực bên nguồn điện Bài Một acquy có suất điện động 12V nối vào mạch kín a) Tính lượng điện tích dịch chuyển hai cực nguồn điện để acquy sản công 720 J b) Thời gian dịch chuyển lượng điện tích phút Tính cường độ dịng điện chạy qua acquy c) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn thời gian phút Bài 10 Biết đồng số êlectrôn dẫn với số nguyên tử Đồng có khối lượng mol M = 64g/mol, có khối lượng riêng ρ = 9,0 kg/dm3 Một sợi dây đồng có đường kính 1,8mm, mang dịng điện khơng đổi I = 1,3A Hãy tìm vận tốc trơi êlectrôn dẫn dây đồng D HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Số êlectron qua tiết diện thẳng dây dẫn giây: n= q It = = 6,25.1019 êlectron e e Bài a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc: q = It = 38, ( C ) b) Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc: N = q = 24.1019 ( hat ) e Bài a) Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang dây: q = I.t = 1,57.5 = 7,85 ( C ) s b) Tính mật độ dịng điện số electron qua tiết diện ngang dây dẫn thời gian 10s + Tiết diện ngang dây dẫn: S = πR = 7,85.10 −7 (m ) I = 2.106 (A / m ) S + Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang dây dẫn thời gian 10s: ∆q = I.t = 15,7 ( C ) + Mật độ dòng điện là: i = + Số electron chuyển qua tiết diện ngang dây 10s: ∆q N= = It = 9,8125.1019 (hạt) e 136 c) Tính vận tốc trung bình electron tạo nên dòng điện i i 2.106 = = = 2,5.10 −4 (m / s) + Ta có: i = nqv ⇒ v = 28 −19 nq n e 5.10 1,6.10 Bài a) Cường độ dòng điện: I = + Mật độ dòng điện: i = q = 0,96 ( A ) t I = 1,6.106 ( A / m ) S b) Số electron qua tiết diện ngang dây: N = q = 6.1019 (hạt) e c) Tốc độ trung bình hạt tạo nên dòng điện: i i v= = = 2,5.10−4 (m / s) = 0, 25 ( mm ) nq n e Bài a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng dây 1s: ∆q = I.t = ( C ) + Số electron chuyển qua tiết diện thẳng dây 1s: N = b) Ta có: i = nqv ⇒ n = q = 1, 25.1019 e i i I = = = 1, 25.10 28 ( hat / m ) qv e v S e v Bài I1 + I 1+ = 2,5 A 2 Điện lượng qua dây thời gian trên: q = It = 2,5.10 = 25 C Cường độ dịng điện trung bình: I = = Bài A = qE = E.I.t = 12.2.8.3600 = 691200J Bài a) Suất điện động nguồn: E = A 1, = = 24 ( V ) q 5.10−2 b) Công lực lạ di chuyển lượng điện tích 125.10-3 C hai cực bên nguồn điện Ta có: E = A ⇒ A = qE =125.10-3.24 = 3J q Bài a) Ta có: E = A A 720 ⇒q= = = 60C q E 12 137 A 720 = = 0, ( A ) E.t 12.5.60 c) Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn thời gian phút q I.t 0, 2.60 Ne = = = = 7,5.1019 e e 1,6.10−19 b) Cường độ dòng điện: I = Bài 10 ∆q Ne = (với N số e dẫn ∆t ∆t chuyển qua tiết điện dây dẫn thời gian ∆t = số ngun tử đồng có thể tích V hình vẽ) l = v.∆t + Lại có: N = nNA (với n: số mol đồng có thể tích V; NA : số Avôgađrô) e.nN A e.mN A e.ρΝ A V e.ρN ASl e.ρN A πd ⇒I= = = = = v ∆t M.∆t M.∆t M∆t 4M 4MI ⇒v= eρN A πd Thay số: M = 64g/mol = 64.10 – kg/mol; ρ = 9,0kg/dm3 = 9,0.10 3kg/m3, NA = 6,02.10 23mol – , e = 1,6.10 – 19 C; d = 1,8mm = 1,8.10 – m 4.64.10 − 3.1,3 ⇒v= = 3,8 10 −5 m/s 1,6.10 −19.9.103.6,02.10 23.3,14.(1,8.10 −3 ) + Ta có: I = 138 ... = 64 .10 – kg/mol; ρ = 9,0kg/dm3 = 9,0 .10 3kg/m3, NA = 6,02 .10 23mol – , e = 1, 6 .10 – 19 C; d = 1, 8mm = 1, 8 .10 – m 4.64 .10 − 3 .1, 3 ⇒v= = 3,8 10 −5 m/s 1, 6 .10 ? ?19 .9 .10 3.6,02 .10 23.3 ,14 . (1, 8 .10 −3... diện ngang ống dây: ∆q = n e = 10 9 .1, 6 .10 ? ?19 = 1, 6 .10 ? ?10 ( C ) 13 3 + Dòng điện chạy qua ống dây: I = b) Mật độ dòng điện: i = ∆q = 1, 6 .10 ? ?10 ( A ∆t ) I = 1, 6 .10 −6 ( A / m ) S Ví dụ 2: Một dịng... a) Số êlectrôn qua tiết diện thẳng dây 1s It 4,8 .1 q ne = 3 .10 19 Ta có: I = = ⇒n = = − 19 e 1, 6 .10 t t Vậy: Số êlectrôn qua tiết diện thẳng dây 1s n = 3 .10 19 b) Vận tốc trung bình chuyển động định