DÒNG ÐIỆN MỘT CHIỀU

I. DÒNG ÐIỆN
1. Ðại cương về dòng điện.
TOP
a) Trong các chương trước, ta đã xét những vấn đề cơ bản của tĩnh điện. Sau đây ta sẽ
nghiên cứu những hiện tượng và những quá trình có liên hệ tới chuyển động của các điện tích,
chúng hợp thành một phần học riêng về điện-phần điện động lực học.
Các hiện tượng tĩnh điện thực ra cũng có kèm theo chuyển động của các điện tích nguyên
tố. Tuy nhiên, những chuyển động này hoặc là không ảnh hưởng đến trường tĩnh điện tạo ra bởi
các điện tích vĩ mô (chẳng hạn như dao động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể của vật dẫn kim
loại tích điện), hoặc là chỉ tồn tại rất ngắn trong lúc chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng
thái khác (chẳng hạn như lúc phân phối lại các êlectron tự do khi xảy ra hưởng ứng tĩnh điện hoặc
khi nối vật dẫn tích điện với đất). Vì tĩnh điện học là phần nghiên cứu về những hiện tượng điện
liên quan đến sự cân bằng của các điện tích tự do, cho nên ta đã không xét đến những quá trình
chuyển động kể trên.
b) Ðiện động lực học là phần nghiên cứu về các hiện tượng liên quan đến dòng điện. Sự
chuyển dịch có hướng của các điện tích tạo ra dòng điện. Dòng điện phát sinh trong một môi
trường khi trong đó có các hạt mang điện tự do và điện trường, gọi là dòng điện dẫn (từ nay về sau
ta gọi tắt là dòng điện). Ở trong các vật dẫn vốn có sẵn các điện tích tự do (như các êlectron tự do
trong kim loại, các ion dương và âm trong các chất điện phân), vì thế điều kiện để có dòng điện
trong vật dẫn là cần có điện trường trong vật dẫn. Ở trong chân không và trong các chất điện môi
(chất khí chẳng hạn) vốn không có sẵn các điện tích tự do, nên để có dòng điện trong các môi
trường đó ngoài sự tồn tại điện trường còn phải tạo ra các hạt mang điện tự do.
Kết quả này dẫn đến sự phát sinh điện trường bên trong vật dẫn, vì điện trường bên trong vật dẫn
chỉ bằng không khí có sự phân bố cân bằng điện tích trên mặt vật dẫn. Dòng điện tiếp tục cho đến
khi mọi điểm của vật dẫn có điện thế như nhau. Như vậy, trong vật dẫn có trường tĩnh điện (trường
lực Coulomb) được tạo nên bởi các êlectron có dư (tích trên vật B) và các ion dương (tích trên vật
A). Do lực coulomb giữa các điện tích luôn luôn có xu hướng làm cân bằng điện thế ở các điểm,
làm cho điện thế ở mọi điểm trong vật dẫn trở nên bằng nhau, vì thế trường lực Coulomb không
thể duy trì dòng điện lâu dài được. Ðể duy trì dòng điện, cần duy trì điện trường bên trong vật dẫn.

trong thời gian t.
3 Tác dụng của dòng điện
TOP
Chuyển động của các êlectron và ion không thể trực tiếp thấy được. Tuy nhiên có thể căn
cứ vào các hiện tượng do dòng điện gây ra để đoán nhận về sự tồn tại của dòng điện và cường độ
của nó. Bất cứ dòng điện nào cũng gây ra từ trường trong khoảng không gian xung quanh nó. Ðó là
tác dụng từ của dòng điện. Thí nghiệm chứng tỏ rằng tác dụng từ là dấu hiệu tổng quát nhất của
dòng điện và người ta quan sát được tác dụng từ trong mọi trường hợp khác nhau của dòng điện,
không phụ thuộc bản chất vật dẫn. Khi dòng điện truyền qua chất điện phân lỏng thì chất này bị
phân tích. Ðó là tác dụng hoá của dòng điện. Khi dòng điện truyền qua vật dẫn thì làm nóng vật
dẫn. Ðó là tác dụng nhiệt của dòng điện.
4. Ðo cường độ dòng điện
TOP
Nếu ta gắn một kim chỉ thị vào ròng rọc 5 thì kim này sẽ quay một góc nào đó. Nếu trên
thang chia độ của điện kế đã vạch sẵn những số chỉ theo ampe thì điện kế được gọi là ampe kế.
Trong thực tế người ta hay dùng các miliampe kế. Ðó là những điện kế được chia độ theo miliampe
(10-3 A). Ðể đo cường độ dòng điện trong một đoạn mạch, người ta mắc ampe kế nối tiếp vào
đoạn mạch đó.
II. ÐỊNH LUẬT OHM CHO MỘT ÐOẠN MẠCH ÐỒNG CHẤT - ÐIỆN TRỞ.
1 Ðịnh luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất
TOP
1. Nếu trạng thái của vật dẫn đồng chất không biến đổi (chẳng hạn, nhiệt độ của nó không
đổi) thì đối với mỗi vật dẫn, thí nghiệm chứng tỏ có một sự phụ thuộc đơn giá giữa hiệu điện thế U
ở hai đầu vật dẫn và cường độ dòng điện I qua nó:
Ðộ dẫn điện và điện trở phụ thuộc vào chất làm vật dẫn, vào kích thước và hình dạng cũng
như vào trạng thái của vật dẫn.
Thay (13.8) vào (13.7) ta được:
Ohm (người Ðức) đã thiết lập công thức (13.7) bằng thực nghiệm, nên biểu thức (13.7) gọi
là định luật Ohm cho đoạn mạch đồng chất.
2. Ðiện trở

TOP
Như vậy, để đo hiệu điện thế ở hai đầu a và b của một đoạn mạch điện, ta cần mắc vol kế
song song với đoạn mạch đó. Muốn cho cường độ dòng điện và hiệu điện thế trên đoạn mạch cần
đo không bị thay đổi nhiều khi ta mắc vol kế vào mạch, thì dòng điện I qua vol kế phải nhỏ so với
dòng điện trong mạch, nghĩa là điện trở g của vol kế phải lớn so với điện trở R của đoạn mạch ab.
6. Dạng vi phân của định luật Ohm.
TOP
Ðịnh luật Ohm (13.9) và công thức (13.11) cho phép ta tìm cường độ dòng điện trong các vật
dẫn hình trụ và nói chung trong mọi trường hợp khi ống dòng có dạng hình trụ, tiết diện không
đổi. Tuy nhiên, có những trường hợp phải tính điện trở và cường độ dòng điện trong các môi
trường trong đó ống dòng không có dạng hình trụ. Khi đó ta phải áp dụng định luật Ohm viết dưới
dạng vi phân.