Dòng điện Là Gì? Điện Làm Cho Mọi Thứ Hoạt động Như Thế Nào?

Mục lục nội dung

Toggle

• Dòng điện là gì?
• Nguyên lý tạo ra điện
  • Định luật Faraday
  • Định luật Lenz
• Điện làm cho mọi thứ hoạt động như thế nào?
  • Nguyên lý tổ chức các electron
  • Làm nóng mọi thứ
  • Bắt động cơ quay
  • Điện và từ… nói về sự cùng phụ thuộc
  • Cách động cơ hoạt động (cơ bản)
• Tóm tắt các tác dụng của dòng điện
• Các loại dòng điện trong thực tế
  • Dòng điện xoay chiều (AC)
  • Dòng điện một chiều (DC)

5/5 - (6 bình chọn)

Dòng điện là gì? Điện làm cho mọi thứ hoạt động như thế nào? Điều gì xảy ra trong dây điện?

Không có điện, các thiết bị của chúng ta chỉ là những cục nhựa và kim loại. Nhưng điện thực sự làm gì? Nó làm cho mọi thứ hoạt động như thế nào?

Dòng điện là gì?

Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của nhiều hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện được tạo ra do sự chuyển dịch của các hạt electron dọc theo dây dẫn. Ngoài ra, hạt mang điện cũng có thể là các ion hay chất điện ly.

Nguyên lý tạo ra điện

Để tạo ra dòng điện xoay chiều người ta dựa vào 2 định luật cơ bản đó là định luật Faraday và định luật Lenz.

Định luật Faraday

• Từ thông khi gửi qua mạch kín sẽ bị biến đổi theo thời gian chính là nguyên nhân tạo ra dòng điện cảm ứng trong mạch.
• Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông đi qua mạch kín biến đổi.
• Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ dòng điện biến đổi của từ thông.
• Chiều của dòng điện cảm ứng bị phụ thuộc vào sự tăng hoặc giảm của từ thông đi qua mạch.

Định luật Lenz

Chiều của dòng điện cảm ứng sinh ra trong dây dẫn bởi sự biến thiên của từ trường phải tuân theo định luật cảm ứng Faraday ra một từ trường chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó.

Điện làm cho mọi thứ hoạt động như thế nào?

Chúng ta sử dụng nó hàng ngày, nhưng hầu hết chúng ta không biết cách điện làm cho mọi thứ hoạt động như thế nào. Điều gì đang xảy ra trong các dây dẫn làm cho động cơ chuyển động và lò sưởi nóng lên?

Cho dù đó là một máy nướng bánh mì hay một chiếc ô tô điện, mọi thứ mà điện năng tạo ra đều quy về một điều: điều gì sẽ xảy ra khi bạn làm cho các electron di chuyển theo dòng.

Khi các electron buộc phải chuyển động đồng bộ, chúng có thể tạo ra nhiệt và – theo cách ấn tượng hơn – chúng biến dây dẫn mà chúng đang chuyển động thành một nam châm. Nhiệt có thể làm sôi nước và làm cho bóng đèn phát sáng, và nam châm có thể làm cho mọi thứ chuyển động. Và hai tác dụng ẩn sau sự ‘ảo diệu’ của mọi thiết bị điện.

Nguyên lý tổ chức các electron

Các điện tử cung cấp cho các thiết bị của chúng ta nằm trong các dây dẫn tạo nên các mạch điện.

Dây điện được làm bằng kim loại, và kim loại luôn có các electron lỏng lẻo xung quanh chúng. Nhưng nếu bạn có thể làm cho những electron đó chuyển động một cách có tổ chức, bạn đã có một dòng điện chạy qua. Đó là tất cả những gì một dòng điện – các electron chuyển động có tổ chức.

Năng lượng để các electron chuyển động có tổ chức đến từ pin hoặc máy phát điện.

Khi một pin tổ chức các electron thì tất cả chúng chuyển động theo cùng một hướng tại cùng một thời điểm – pin bơm các electron qua các dây mạch từ cực âm sang cực dương. Vì tất cả chúng đều đi theo một hướng nên nó được gọi là dòng điện một chiều (DC).

Máy phát điện tại các trạm phát điện tổ chức các electron theo một cách hơi khác. Chúng bơm các electron, nhưng chúng thay đổi hướng chúng bơm chúng 100 lần mỗi giây. Vì vậy, thay vì di chuyển theo một hướng như trong mạch điện một chiều, các electron ở lại khá nhiều ở vị trí của chúng và liên tục lắc lư về phía trước và phía sau. Nếu bạn có thể nhìn thấy bên trong dây nguồn khi một thiết bị được bật, bạn sẽ nghĩ rằng các electron vừa học cách nhảy dòng – tất cả chúng đều liên tục tiến một bước về phía trước, một bước lùi lại đồng bộ. Hướng thay đổi liên tục là những gì đằng sau tên của nó, dòng điện xoay chiều (AC).

Vì vậy, dòng điện chỉ là các electron chuyển động có tổ chức trong mạch. Nhưng làm thế nào để các electron trên đường chạy tạo ra nhiệt đằng sau việc nướng bánh, làm khô và làm ấm chân?

Làm nóng mọi thứ

Tất cả các dây đều nóng lên một chút khi chúng có dòng điện chạy qua, bởi vì khi các electron chuyển động trong dây, chúng sẽ đập vào các nguyên tử kim loại. Và bất cứ khi nào chúng lao vào một nguyên tử, năng lượng từ các electron chuyển động sẽ được tỏa ra dưới dạng nhiệt.

Chúng ta sử dụng đồng (Cu) để làm dây dẫn điện vì nó dễ dàng cho các electron di chuyển trong đó, do đó, không có quá nhiều năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt. Nhưng nếu đó là nhiệt bạn muốn, như với máy sấy tóc / máy nướng bánh mì / ấm đun nước, điều đó thật dễ dàng lấy được. Bạn chỉ cần sử dụng một chút kim loại thực sự khó để các electron di chuyển qua, như niken.

Các bộ phận làm nóng giống như các bộ phận trong máy nướng bánh mì hoặc máy sấy tóc là các đoạn dây làm bằng hợp kim niken / crom được gọi là nichrome. Cho dòng điện chạy qua nichrome và sẽ nóng lên rất nhanh. Trong khi các electron trong dây đồng có thể di chuyển dễ dàng, các electron trong nguyên tố nichrome liên tục đập vào các nguyên tử niken và crom và làm sinh nhiệt khắp nơi.

Nhưng sưởi ấm chỉ là một trong những điều mà các thiết bị điện có thể làm được. Hầu hết những thứ khác liên quan đến việc làm cho mọi thứ chuyển động – và điều đó liên quan đến động cơ. Vì vậy, làm thế nào để các electron có tổ chức làm cho một động cơ quay?

Bắt động cơ quay

Mọi thiết bị có các bộ phận chuyển động phức tạp hơn máy nướng bánh mì kiểu pop-up đều có động cơ điện trong đó. Và trong khi chúng chạy hàng nghìn thiết bị khác nhau, động cơ điện thực sự chỉ làm một việc – chúng quay bất cứ khi nào bạn bật nguồn. Và bất cứ thứ gì gắn liền với chúng – như cánh quạt, bánh xe hay lồng giặt – cũng quay theo.

Sự quay chỉ xảy ra khi có dòng điện chạy qua – khi các electron trong dây được tổ chức thành dòng điện.

Vậy làm thế nào để các electron chuyển động làm cho một động cơ quay? Họ không. Họ làm theo cách khác lạ hơn – họ biến dây điện thành nam châm. Và như bất kỳ đứa trẻ 5 tuổi nào cũng biết, nam châm rất tốt để làm cho mọi thứ chuyển động.

Tất cả chúng ta đều có nam châm, nhưng điều mà nhiều người trong chúng ta không nhận ra là nam châm nhận được các đặc tính của chúng từ cùng một thứ mà điện làm: các electron có tổ chức.

Điện và từ… nói về sự cùng phụ thuộc

Mỗi electron giống như một nam châm nhỏ và yếu. Hầu hết các điện tử treo xung quanh thành từng cặp, và chúng triệt tiêu tính chất từ ​​của nhau. Nhưng một số vật liệu – như sắt – có một số electron chưa ghép đôi xung quanh nguyên tử của chúng. Và nếu bạn có thể cho các electron chưa ghép đôi đó xếp thành hàng để từ trường của chúng đều hướng theo cùng một hướng, thì miếng sắt của bạn đột nhiên trở thành một nam châm. Đó chính xác là những gì sẽ xảy ra khi bạn vuốt kim hoặc kẹp giấy bằng nam châm – từ trường xung quanh nam châm của bạn kéo một số electron chưa ghép đôi trong kim thành đường, vì vậy tất cả từ tính nhỏ của chúng cộng lại thành một nam châm đầy đủ.

Nhưng bạn cũng có thể chế tạo bất kỳ kim loại nào thành một nam châm tạm thời – một nam châm điện – chỉ bằng cách cho dòng điện chạy qua nó.

Nam châm điện hoạt động vì điện tích trên điện tử cũng có thể tạo ra từ trường, nhưng chỉ khi nó chuyển động. Vì vậy, bất kỳ lúc nào các electron trong dây chuyển động đồng bộ (tức là bất cứ khi nào có dòng điện chạy qua), dây đó sẽ trở thành một nam châm. Nó quá yếu để trở thành một nam châm hữu ích như nó vốn có. Nhưng nếu bạn cuộn dây xung quanh một miếng sắt, từ trường yếu xung quanh dây buộc các điện tử chưa ghép đôi trong miếng sắt xếp thành hàng và tất cả từ tính cực nhỏ của chúng cộng lại giống như trong một nam châm thanh.

Nhưng không giống như một nam châm thông thường, dây chỉ có từ tính trong khi dòng điện đang chạy – một khi nó dừng lại, các electron trong dây trở lại hoạt động giống như các né tránh của tiểu nguyên tử. Và miếng sắt quấn quanh nó trở lại thành một miếng sắt.

Và khả năng dòng điện biến dây dẫn thành nam châm tạm thời giúp chúng ta có thể bật và tắt động cơ.

Cách động cơ hoạt động (cơ bản)

Nếu bạn đã từng sử dụng một nam châm để đẩy một nam châm khác, bạn đã biết những điều cơ bản về cách hoạt động của động cơ điện. Trên thực tế, nếu bạn sử dụng đầu bắc của một nam châm để đẩy đầu bắc của một nam châm khác theo hình tròn, bạn sẽ làm khá tốt điều tương tự như động cơ điện. Ngoại trừ một động cơ không có bàn tay khổng lồ đẩy một nam châm này để đẩy một nam châm khác – nó dựa vào một tập hợp các nam châm trong một vòng bao quanh một vòng dây.

Khi dòng điện chạy qua, vòng dây trở thành nam châm điện. Và các nam châm xung quanh nam châm điện được thiết lập nên lực hút và lực đẩy của chúng làm cho nam châm điện quay liên tục cho đến khi nguồn điện bị cắt.

Khi công tắc tắt được nhấn, trò chơi kết thúc. Nếu không có pin hoặc máy phát điện để đẩy chúng, các điện tử không còn tổ chức, dây dẫn không còn từ tính và quay của động cơ dừng lại. Máy bơm / cánh quạt / dây đai gắn với động cơ ngừng hút, thổi và dẫn động.

‘Phép thuật’ điện sẽ dừng lại và thiết bị chỉ là một khối nhựa và kim loại cho đến lần tiếp theo chúng ta bật nó lên.

Tóm tắt các tác dụng của dòng điện

Trong thực tế, dòng điện có nhiều tác dụng khác nhau, nhưng chúng ta có thể gom chúng vào 05 tác dụng chính như sau:

• Tác dụng phát quang: Làm sáng bóng đèn…
• Tác dụng nhiệt: Được dùng để sinh nhiệt trong nhiều thiết bị như bình đun nước siêu tốc, bếp điện, nồi cơm điện, máy sấy,…
• Tác dụng từ: Sinh ra từ tính làm quay động cơ,…
• Tác dụng sinh lí : Làm co giật, ứng dụng trong châm cứu chữa bệnh,…
• Tác dụng hóa học : Ứng dụng trong điện phân, tách đồng ra khỏi dung dịch muối đồng…

Các loại dòng điện trong thực tế

Dựa trên dòng điện tích, dòng điện được phân thành hai loại, tức là dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC).

Dòng điện xoay chiều (AC)

Dòng điện tích theo chiều ngược lại tuần hoàn được gọi là dòng điện xoay chiều (AC). Hay còn được gọi ngắn gọn là “Dòng điện AC”. Và dòng điện xoay chiều có các đặc điểm như:

• Dòng điện xoay chiều đổi chiều theo chu kỳ.
• Dòng điện xoay chiều bắt đầu từ không, tăng đến cực đại, giảm đến không, sau đó đổi chiều và đạt cực đại theo chiều ngược lại, sau đó lại trở về giá trị ban đầu và lặp lại chu kỳ này vô hạn.
• Dạng sóng của dòng điện xoay chiều có thể là hình sin, hình tam giác, hình vuông hoặc hình răng cưa,…
• Đặc biệt của dạng sóng không quan trọng — miễn là nó là một dạng sóng lặp lại.
• Điều đó nói lên rằng trong hầu hết các mạch điện, dạng sóng điển hình của dòng điện xoay chiều là sóng hình sin. Dạng sóng hình sin điển hình mà bạn có thể thấy dưới dạng dòng điện xoay chiều được hiển thị trong hình dưới đây.
• Máy phát điện xoay chiều có thể tạo ra dòng điện xoay chiều. Máy phát điện xoay chiều là một loại máy phát điện đặc biệt được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều.
• Nguồn điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng.

Dòng điện một chiều (DC)

Dòng điện tích chỉ theo một hướng được gọi là dòng điện một chiều (DC). Hay còn được gọi là “Dòng điện DC”. Dạng sóng của dòng điện một chiều được thể hiện trong hình dưới đây.

DC có thể được tạo ra bởi pin, pin mặt trời, pin nhiên liệu, cặp nhiệt điện, máy phát điện kiểu cổ góp,… Dòng điện xoay chiều có thể được chuyển đổi thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu.

Nguồn điện một chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng điện áp thấp. Hầu hết các mạch điện tử cần nguồn điện một chiều.

Dòng điện chạy trong pin theo chiều quy ước là từ cực dương đến cực âm. Đây là hướng của điện trường trong dây dẫn.

Bài viết này có hữu ích với bạn không?CóKhông