Dòng điện không đổi - Nguồn điện - pin ắc qui

DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI- NGUỒN ĐIỆN –PIN ẮC QUI

A. KIẾN THỨC

I.DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI.

- Dòng điện là dòng các điện tích (các hạt tải điện) di chuyển có hướng. Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương.

*Dòng điện có:

- Tác dụng từ (đặc trưng)

- Tác dụng nhiệt, tác dụng hóa học tuỳ theo môi trường.

- Cường độ dòng điện được xác định bằng thương số của điện lượng \(\Delta\)q dịch chuyển qua tiết

diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian \(\Delta\)t và khoảng thời gian đó. I = \(\frac{\Delta q}{\Delta t}\)   Cường độ của dòng điện này có thể tính bởi: \(I=\frac{q}{t}\) Ampe (A).                              

Trong đó: q là điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong thời gian t.

- Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian

- Cường độ dòng điện không đổi được đo bằng ampe kế (hay miliampe kế, . . . ) (mắc nối tiếp). - Cường độ dòng điện có giá trị như nhau tại mọi điểm trên mạch không phân nhánh.

- Cường độ mạch chính bằng tổng cường độ các mạch rẽ.

- Đối với một dây dẫn có điện trở R, ta có định luật Ôm : I = \(\frac{U}{R}\), với U là hiệu điện thế giữa hai đầu dây, I là cường độ dòng điện chạy qua dây.

II. NGUỒN ĐIỆN:

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế để duy trì dòng điện. Mọi nguồn điện đều có hai cực, cực dương (+) và cực âm (-).

Để đơn giản hóa ta coi bên trong nguồn điện có lực lạ làm di chuyển các hạt tải điện (êlectron; Ion) để giữ cho:

* một cực luôn thừa êlectron (cực âm).

* một cực luôn thiếu ẽlectron hoặc thừa ít êlectron hơn bên kia (cực dương).

- Khi nối hai cực của nguồn điện bằng vật dẫn kim loại thì các êlectron từ cực (-) di chuyển qua vật dẫn về cực (+).

Bên trong nguồn, các êlectron do tác dụng của lực lạ di chuyển từ cực (+) sang cực (-). Lực lạ thực hiện công (chóang lại công cản của trường tĩnh điện). Công này được gọi là công của nguồn điện.

Đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện gọi là suất điện động E được tính bởi:

\(\xi =\frac{A}{\begin{vmatrix} q \end{vmatrix}}\)  (đơn vị của E là V)

trong đó : A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích từ cực này sang cực kia. của nguồn điện. |q| là độ lớn của điện tích di chuyển.

Ngoài ra, các vật dẫn cấu tạo thành nguồn điện cũng có điện trở gọi là điện trở trong r cuả nguồn điện.

III. PIN VÀ ACQUY 1. Pin điện hóa:

- Khi nhúng một thanh kim loại vào một chất điện phân thì giữa kim loại và chất điện phân hình thành một hiệu điện thế điện hóa.Khi hai kim loại nhúng vào chất điện phân thì các hiệu điện thế điện hóa. Khi hai kim loại nhúng vào chất điện phân thì các hiệu điện thế hóa của chúng khác nhau nên giữa chúng tồn tại một hiệu điện thế xác định. Đó là cơ sở để chế tạo pin điện hóa.

- Pin điện hóa được chế tạo đầu tiên là pin Vôn-ta (Volta) gồm một thanh Zn và một thanh Cu nhúng vào dung dịch H2SO4 lỗng. Chênh lệch giữa các hiệu điện thế điện hóa là suất điện động của pin: E = 1,2V.

2.Acquy

- Acquy đơn giản và cũng được chế tạo đầu tiên là acquy chì (còn gọi là acquy axit để phân biệt với acquy kiềm chế tạo ra về sau) gồm:

• cực (+) bằng PbO2

• cực (-) bằng Pb

nhúng vào dung dịch H2SO4 lỗng.

Do tác dụng của axit, hai cực của acquy tích điện trái dấu và hoạt động như pin điện hóa có suất

điện động khoảng 2V.

- Khi hoạt động các bản cực của acquy bị biến đổi và trở thành giống nhau (có lớp PbSO4 Phủ bên ngoài). Acquy không còn phát điện được. Lúc đó phải mắc acquy vào một nguồn điện để phục hồi các bản cực ban đầu (nạp điện). Do đó acquy có thể sử dụng nhiều lần. 

- Mỗi acquy có thể cung cấp một điện lượng lớn nhất gọi là dung lượng và thường tính bằng đơn vị ampe-giờ (Ah). 1Ah = 3600C 

B.MỘTSỐDẠNGBÀITOÁN

TÓM TẮT CÔNG THỨC – CHÚ Ý

Tính cường độ dòng điện, số electron đi qua một đoạn mạch.

 Tính suất điện động hoặc điện năng tích lũy của nguồn điện. Dùng công thức \(\xi =\frac{A}{\begin{vmatrix} q \end{vmatrix}}\)

(\(\xi\) là suất điện động của nguồn điện, đơn vị là Vôn (V) )

- Cần lưu ý những vấn đề sau:

  + Đơn vị của các đại lượng: Trong công thức I = \(\frac{q}{t}\) đơn vị của I là Ampe (A) của q là

Culông (C), của t là giây (s) vì vậy nếu đề bài cho thời gian là phút, giờ, … thì phải đổi ra giây.

+ Cần chú ý sự khác biệt giữa lực làm di chuyển điện tích ở mạch ngoài và ở mạch trong (bên trong nguồn điện).

+ Bên trong các nguồn điện hóa học có sự chuyển hóa từ hóa năng thành điện năng.

+ Dòng điện không đổi có cả chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian, vì vậy chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích là không đổi và điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn sẽ tỉ lệ thuận với thời gian.

* VÍ DỤ MINH HỌA

VD1. Số electron qua tiết diện thẳng của một dây dẫn kim loại trong 1 giây là \(1,25.10^{19}\). Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn và điện lượng chạy qua tiết diện đó trong 2 phút.

HD. I =\(=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{Ne}{\Delta t}=\frac{1,25.10^{19}.1,6.10^{-19}}{1}=\) 2(A). q = It = 2.120 = 240 C.

VD2. Cường độ dòng điện không đổi chạy qua dây tóc của bóng đèn là 0,64 A.

a) Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong thời gian 1 phút.

b) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong khoảng thời gian nói trên.

 HD. a) q = It = 38,4 C. b) N = \(\frac{q}{e}=24.10^{19}\)  electron.

VD3. Một bộ acquy có suất điện động 6 V, sản ra một công là 360 J khi acquy này phát điện.

a) Tính lượng điện tích dịch chuyển trong acquy.

b) Thời gian dịch chuyển lượng điện tích này là 5 phút. Tính cường độ dòng điện chạy qua

acquy khi đó

HD. a) q =  \(\frac{A}{E}\) = 60 C.       b) I = \(\frac{q}{t}\) = 0,2 A.

VD4. Điện tích của êlectron là - 1,6.10^-19 (C), điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 30 (s) là 15 (C). Số êlectron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian một giây là

A. 3,125.10¹⁸.                 B. 9,375.10¹⁹.                     C. 7,895.10¹⁹.                    D. 2,632.10¹⁸.

HD. Số êlectron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian một giây là N = \(\frac{q}{\begin{vmatrix} e \end{vmatrix}.t}\) = 3,125.10¹⁸.

VD5. Cho đoạn mạch gồm điện trở R1 = 100 (Ω), mắc nối tiếp với điện trở R2 = 200 (Ω), hiệu điên thế giữa hai đầu đoạn mạch là 12 (V). Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là

A. U1 = 1 (V).                 B. U1 = 4 (V).                     C. U1 = 6 (V).                   D. U1 = 8 (V).

HD.

-   Điện trở toàn mạch là: R = R1 + R2 = 300 (Ω).

-   Cường độ dòng điện trong mạch là: I = U/R = 0,04 (A).

-   Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là U1 = I.R1 = 4 (V). 

VD6. Đoạn mạch gồm điện trở R1 = 100 (Ω) mắc song song với điện trở R2 = 300 (Ω), điện trở toàn mạch là: 

A. RTM = 75 (Ω).           B. RTM = 100 (Ω).             C. RTM = 150 (Ω).            D. RTM = 400 (Ω).

HD. Điện trở đoạn mạch mắc song song được tính theo công thức: R^-1 = R1^-1 + R2^-1 suy ra R = 75 (Ω).

VD7. Cho đoạn mạch gồm điện trở R1 = 100 (Ω), mắc nối tiếp với điện trở R2 = 200 (Ω). đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế U khi đó hiệu điên thế giữa hai đầu điện trở R1 là 6(V). Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là:

A. U = 12 (V).                B. U = 6 (V).                        C. U = 18 (V).                    D. U = 24 (V).

HD.

- Điện trở toàn mạch là: R = R1 + R2 = 300 (Ω).

- Cường độ dòng điện trong mạch là: I = U1/R1 = 0,06 (A).

- Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là U = I.R = 18 (V).

BÀI TẬP TỰ LUẬN

1. Cường độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn là I = 0,5 A.

a. Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong 10 phút ?

b. Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong khoảng thời gian trên ? 

Đ s: 300 C, \(18,75.10^{20}\) hạt e. 

2. Suất điện động của một nguồn điện là 12 V. Tính công của lực lạ khi dịch chuyển một lượng điện tích là 0,5 C bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương của nó ? 

Đ/s: 6 J.

3. Tính suất điện động của nguồn điện. Biết rằng khi dịch chuyển một lượng điện tích \(3.10^{-3}\) C giữa hai cực bên trong nguồn điện thì lực lạ thực hiện một công là 9 mJ. 

Đ/s: 3 V. 

4. Suất điện động của một acquy là 6 V. Tính công của lực lạ khi dịch chuyển một lượng điện tích là 0,16 C bên trong acquy từ cực âm đến cực dương của nó ? 

Đ/s: 0,96 J. 

5. Tính điện lượng và số electron dịch chuyển qua tiết diện ngang của một dây dẫn trong một phút. Biết dòng điện có cường độ là 0,2 A. 

Đ/s: 12 C, \(0,75.10^{20}\) hạt e.

6. Trong 5 giây lượng điện tích dịch chuyển qua tiết diện thẳng của một dây dẫn là 4,5 C.Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là bao nhiêu ? 

Đ/s: 0,9 A.