Một hiệu điện thế xuất hiện khi cú sự phõn lập cỏc điện tớch. Mỗi sự phõn lập điện tớch đều phải tiờu tốn năng lượng. Một cơ cấu sử dụng năng lượng để duy trỡ hiệu điện thế được gọi là nguồn điện. Tựy theo hỡnh thức năng lượng được sử dụng mà phõn biệt nguồn điện húa học, cơ học, nhiệt học, sinh học ...cỏc lực cú bản chất khụng phải điện dựng để phõn lập điện tớch gọi là cỏc lực lạ.
Đại lượng đo bằng cụng của lực lạ khi lực này dịch chuyển một đơn vị điện tớch dương trong mạch kớn của nguồn điện được gọi là sức điện động của nguồn điện – ký hiệu e
EdScos
e
trong đú E là cường độ trường lực lạ Sức điện động cú đơn vị là (V).
Nguồn điện được đặc trưng bởi sức điện động giữa cỏc cực và điện tớch của nú. Ngoài ra cũn một đại lượng rất quan trọng đú là điện trở trong của nguồn điện hay cũn gọi là nội trở.
Nếu nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn thỡ cỏc điện tớch bị phõn lập sẽ dịch chuyển tạo thành dũng điện. Như vậy nguyờn nhõn của dũng điện trong bất kỳ trường hợp nào đều là hiệu điện thế.
Dũng điện được đo bằng sự thay đổi điện tớch theo thời gian.
dt dq I
Đơn vị của cường độ dũng điện là Ampe (A) và cỏc ước số của nú: 1mA = 10-3 A A mA A 10 3 10 6 1
Dũng điện cú tỏc dụng nhiệt, tỏc dụng húa và tỏc dụng từ. Trong một số trường hợp hai tỏc dụng đầu cú thể khụng xảy ra chẳng hạn trong chất siờu dẫn khụng cú tỏc dụng nhiệt, trong kim loại khụng cú tỏc dụng húa. Riờng tỏc dụng từ khụng tỏch rời dũng điện trong bất kỳ trường hợp nào.
Cỏc điện tớch dịch chuyển tạo thành dũng điện là cỏc electron và ion. Vỡ thế người ta chia vật dẫn làm hai loại: loại dẫn bằng electron như kim loại và loại dẫn bằng ion ion như cỏc chất điện phõn. Bờn cạnh hai loại trờn cũn cú một nhúm cỏc chất đặc biệt gọi là chất bỏn dẫn. Sự dẫn điện của cỏc chất bỏn dẫn gồm cỏc electron và cỏc vị trớ mà electron bỏ trống (gọi là cỏc lỗ trống). Mỗi lỗ trống ứng với một điện tớch dương cú độ lớn bằng 1,6.10-19 C.
Để đo dũng điện cú thể sử dụng bất cứ tỏc dụng nào của dũng điện sao cho thuận tiện tuy nhiờn người ta hay sử dụng tỏc dụng từ để chế tạo cỏc đồng hồ đo điện.
4. CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ DềNG ĐIỆN
Đối với cỏc đoạn mạch, cường độ dũng điện tuõn theo định luật Ohm
R U I
Trong đú U là hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R (hỡnh 3.4) Điện trở R phụ thuộc vào bản chất, kớch thước và nhiệt độ của vật.
Đơn vị điện trở là Ohm ().
Một dõy dẫn hỡnh trụ, tiết diện đều và đồng chất thỡ:
S R là điện trở suất đơn vị là Ohm met (.m). Nghịch đảo của điện trở suất là điện dẫn suất
1
đơn vị (m)-1 Bản thõn điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức:
) 1 ( 0 t
Với 0 là điện trở suất ở 00C. là điện trở suất ở t0C. là hệ số nhiệt điện trở.
Đối với kim loại 0 (khi nhiệt độ tăng thỡ điện trở tăng); cũn đối với chất điện phõn 0 (nhiệt độ tăng thỡ điện trở giảm). Nếu mạch kớn thỡ do nguồn cú nội trở (hỡnh 3.5) nờn định luật Ohm cú dạng r R e I trong đú R là điện trở mạch ngoài.
r là điện trở trong (nội trở).
Cú thể viết: eIRIr
Người ta gọi tớch IR là độ sụt thế trờn điện trở R, nú tồn tại khi cú dũng điện chạy qua điện trỏ. Cú thể núi sức điện động của nguồn điện bằng tổng độ sụt thế mạch ngoài và mạch trong.
Đối với cỏ tổ chức sống, điện trở của nú dự ở nhiệt độ khụng đổi vẫn là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vào hiệu điện thế. Chẳng hạn điện trở của mắt thỏ cú kết quả như hỡnh vẽ (hỡnh 3.6).
Cựng với những thực nghiệm khỏc cú thể rỳt ra kết luận: điện trở của tổ chức sống giảm khi hiệu điện thế tăng.
Ở những mạch điện phõn nhỏnh để tớnh cỏc đại lượng điện ta sử dụng cỏc quy tắc Kiecsốp, với cỏc khỏi niệm sau:
Nỳt của mạng điện là điểm hội tụ ớt nhất ba dõy dẫn.
Mắt của mạng điện là một mạch kớn được cụ lập khỏi mạng đú, chẳng hạn mắt ABCDA.
Quy tắc Kiờcsốp I: tổng đại số cỏc cường độ dũng điện tại một nỳt bằng khụng. 0 1 n k k I
Trong đú dũng tới nỳt và dũng ra khỏi nỳt lấy dấu ngược nhau.
Quy tắc Kiờcsốp II: tổng đại số sức điện động ghộp trong một mắt bằng tổng cỏc độ sụt thế trong mắt ấy. k m k k n i i R I e 1 1
Với quy ước như sau: chọn một chiều tựy ý trờn mắt mạng đỏnh dấu (+) cho những dũng điện chạy phự hợp với chiều chọn, dấu (-) cho những dũng điện ngược lại. Dấu (+) cho những sức điện động phỏt ra dũng điện theo chiều chọn, dấu (-) cho những sức điện động phỏt ra dũng ngược lại.
Dũng điện chạy qua vật đẫn sẽ gõy ra tỏc dụng nhiệt, nhiệt lượng tỏa ra trờn đú tuõn theo định luật Jun-Lenxơ.
t RI Q 2
Tỏc dụng húa học của dũng điện xuất hiện khi dũng điện chạy qua cỏc chất điện phõn. Ở cỏc điện cực nơi tiếp xỳc giữa chất điện phõn và nguồn điện cỏc ion sẽ dịch chuyển đến trao lại hoặc nhận thờm cỏc electron gõy ra những thay đổi húa học, chẳng hạn khi dũng điện chạy qua dung dịch CuSO4 thỡ đồng kim loại sẽ được giải phúng và tụ lại ở điện cực õm.
Trong tổ chức sống cú nhiều loại chất điện phõn vỡ vậy khi dũng điện chạy qua cú thể gõy ra những tổn thương do tỏc dụng húa học của nú.
Hiện tượng điện phõn được mụ tả định lượng qua định luật Faraday.
Định luật Faraday I: Khối lượng của chất thoỏt ra ở mỗi điện cực tỷ lệ với lượng điện tớch đó qua chất điện phõn:
kIt kq m
k là đương lượng điện húa.
Định luật Faraday II: Đương lượng điện húa của một chất tỷ lệ thuận với khối lượng nguyờn tử A và tỉ lệ nghịch với húa trị n của nú
n A C k trong đú C F 1 , F = 9,65.107 C/mol Kết hợp hai định luật ta cú biểu thức:
It n A m 96500 1 (gam)