Mạch điện Là Gì? Sơ đồ Mạch điện, Nguyên Lý Hoạt động

Trong Bài 1, khái niệm điện thế đã được thảo luận. Năng lượng điện trên một đơn vị điện tích là một vật thể sở hữu nếu được đặt trong trường điện ở một vị trí nhất định. Khái niệm thế năng là một đại lượng phụ thuộc vào vị trí – nó có thể tạo ra đại lượng thế năng trên mỗi cơ sở điện tích sao cho độc lập với lượng điện tích thực sự có trên vật thể sở hữu thế năng. Hiệu ứng điện đơn giản là một điều đặc biệt về hiệu ứng điện giữa hai vị trí khác nhau trong một trường điện.

Mạch điện là tập hợp các dây dẫn điện tử sự kiện được kết nối với nhau qua các dây dẫn, tạo thành một thiết bị hoặc mạch điện mà chúng có công dụng hay bất kỳ nhiệm vụ nào. Mạch điện gồm 3 loại:

• Mạch điện tử chứa các điện tử sự kiện trong các thiết bị điện tử.
• Mạch công nghiệp trong các thiết bị điện cơ khí, nhà xưởng, cầu đường, tàu bạn bè,… thực hiện truyền tải năng lượng đến các thiết bị công tác như mô tơ, đèn chiếu sáng, tạo nhiệt,… Cùng với năng lượng mạch có thể có mạch tín hiệu điều khiển để đóng gói công việc cung cấp năng lượng. Mạch truyền tải năng lượng cho công việc truyền tải theo nhánh, định hướng trong mạng lưới điện quốc gia, ví dụ mạch 1 và mạch 2 trên đường dây 500 kV Bắc – Nam.

Xem thêm: sơ đồ điện

Để minh họa khái niệm điện thế và bản chất của mạch điện , hãy xem xét vấn đề sau. Giả sử rằng có hai tấm kim loại đặt song song với nhau và mỗi tấm được tích điện trái dấu – một dương và một âm. Sự sắp xếp các bức điện này sẽ tạo ra một trường điện giữa các bức ảnh hướng ra bản dương và hướng về bản âm. Một điện tích thử nghiệm dương được đặt giữa các tấm sẽ chuyển ra khỏi tấm dương và về phía góc âm. Sự chuyển động của điện tích thử dương từ tấm ngọc sang góc âm sẽ xảy ra mà không cần năng lượng đầu vào dưới dạng hoạt động; nó sẽ xảy ra một cách tự nhiên và làm giảm tiềm năng của điện tích. Tấm dương sẽ là vị trí có tiềm năng cao và tấm âm sẽ là vị trí có tiềm năng thấp. Sẽ có sự khác biệt về nguồn điện giữa hai vị trí.

Bây giờ, giả sử rằng hai tấm điện trái dấu được kết nối với nhau bằng một loại sợi dây kim. Chuyện gì sẽ xảy ra? Dây điện đóng vai trò như một loại ống điện tích mà điện tích có thể thay đổi được. Theo thời gian, người ta có thể nghĩ đến các điện tích dương chuyển động từ bản cực dương qua  ống tích điện (dây dẫn) sang bản cực âm. Tức là, điện dương sẽ tự động chuyển hướng theo hướng của điện trường đã được tạo ra bằng cách sắp xếp hai bản điện tích trái dấu. Khi một điện tích dương rời khỏi tấm trên, tấm sẽ trở nên ít điện hơn như được minh họa trong hình ảnh động ở bên phải. Khi một điện tích linh thiêng, các tấm đó sẽ trở nên ít điện hơn. Theo thời gian, lượng điện tích âm và dương trên hai bản cực nhỏ tăng dần. Vì điện trường phụ thuộc vào lượng điện tích có trên vật tạo ra điện trường nên điện trường làm hai bản tạo ra sẽ giảm dần cường độ theo thời gian. Cuối cùng, điện trường giữa các tấm sẽ trở nên nhỏ hơn nên không thể quan sát được sự chuyển động của điện tích giữa hai tấm. Các tấm cuối cùng sẽ mất điện và đạt được cùng một thế điện. Trong trường hợp không có điện thế thì sẽ không có dòng điện tích.

Hình minh họa gần gũi với việc chứng minh ý nghĩa của một mạch điện. Tuy nhiên, để trở thành một mạch điện thực sự, các điện tích phải tiếp tục chạy qua một vòng hoàn chỉnh, quay trở lại vị trí ban đầu của chúng và quay trở lại. Nếu có một phương tiện chuyển điện dương từ bản âm ngược lên bản dương thì sự chuyển động của điện tích dương đi xuống qua ống tải (tức là dây dẫn) sẽ xảy ra liên tục. Trong trường hợp này, một mạch hoặc vòng lặp sẽ được thiết lập.

Một hoạt động phổ biến trong phòng thí nghiệm minh họa cần thiết cho một vòng hoàn chỉnh sử dụng một bộ pin (tập hợp tế bào D), một bóng đèn và một số kết nối dây. Hoạt động này bao gồm các hoạt động giám sát của việc kết nối và ngắt kết nối dây điện trong một cách sắp xếp đơn giản của bộ pin, bóng đèn và dây điện. Khi tất cả các kết nối được thực hiện với bộ pin, bóng đèn sẽ sáng. Trên thực tế, độ sáng của bóng đèn xảy ra ngay sau khi kết nối cuối cùng được thực hiện. Không có thời gian địu có thể nhận biết được giữa thời điểm cuối cùng của kết nối được thực hiện và khi bóng đèn được sáng lên.

Việc làm bóng đèn và vẫn sáng là bằng chứng cho thấy điện đang chạy qua dây tóc bóng đèn và  mạch điện đã được thiết lập. Mạch chỉ đơn giản là một vòng kín để các điện tích có thể liên tục chuyển động. Để chứng minh rằng các điện tích không chỉ chuyển động qua dây tóc bóng đèn mà còn qua dây dẫn kết nối bộ pin và bóng đèn, người ta thực hiện một biến đổi của hoạt động trên. Một la bàn được đặt bên dưới dây ở bất kỳ vị trí nào sao cho kim của nó được đặt thẳng hàng với dây. Khi kết nối cuối cùng được thực hiện với bộ pin, bóng đèn sẽ sáng và kim la bàn bị trôi. Kim đóng vai trò như một máy dò điện tích chuyển động trong dây. Khi nó lệch hướng, các điện tích chuyển động qua dây dẫn. Và nếu dây sống ở địa phương pin thì bóng đèn không sáng nữa và kim la bàn trở lại hướng ban đầu. Khi bóng đèn sáng, điện tích chuyển qua các tế bào điện hóa của pin, dây dẫn và dây tóc bóng đèn; kim la bàn phát hiện chuyển động của điện tích này. Có thể nói rằng có một dòng điện  – dòng điện tích trong mạch.

Mạch điện được biểu diễn bằng sự kết hợp giữa pin, bóng đèn và dây dẫn, bao gồm hai phần hồng: mạch trong và mạch ngoài. Phần mạch chứa các tế bào điện hóa của pin là phần mạch bên trong. Phần mạch mà điện tích chuyển ra bên ngoài bộ pin qua dây dẫn và bóng đèn là mạch bên ngoài. Trong bài 2, chúng tôi sẽ tập trung vào chuyển động của điện tích qua mạch bên ngoài. Trong phần tiếp theo của bài 2, chúng tôi sẽ tìm hiểu những yêu cầu cần đạt để có điện tích chạy qua mạch bên ngoài.