BÀI 1: ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

I. Sự nhiễm điện của các vật. Điện tích. Tương tác điện

1. Sự nhiễm điện của các vật

 Một vật có thể bị nhiễm điện do: cọ xát lên vật khác, tiếp xúc với một vật nhiễm điện khác, đưa lại gần một vật nhiễm điện khác.

 Có thể dựa vào hiện tượng hút các vật nhẹ để kiểm tra xem vật có bị nhiễm điện hay không.

2. Điện tích. Điện tích điểm

 Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là một điện tích.

 Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.

3. Tương tác điện

 Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau.

 Các điện tích khác dấu thì hút nhau.

II. Định luật Cu-lông. Hằng số điện môi

1. Định luật Cu-lông: "Lực hút hay đẩy giữa hai diện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng"

F = k với k = 9.109 Nm2/C2; q1 và q2 có đơn vị (C: cu-lông); r (m); F(N)

2. Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính. Hằng số điện môi

 Điện môi là môi trường cách điện.

 Khi đặt các điện tích trong một điện môi đồng tính thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi  lần so với khi đặt nó trong chân không.  gọi là hằng số điện môi của môi trường (  1).

 Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi : F = k . Với chân không

 Hằng số điện môi đặc cho tính chất cách điện của chất cách điện.

▲Cách đổi đon vị thường dùng cho vật lí:

Đơn vị ước số Đơn vị bội số

o m...= 10-3 ... (mili....)

o ...= 10-6 ... (micrô...)

o n...= 10-9... (nanô...)

o p...= 10-12...(picô...) o k...= 103... (kilô...)

o M...= 106...(Mega...)

o G...= 109...(Giga...)

o T...= 1012...(Tiga...)

BÀI 2: THUYẾT ELECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I. Thuyết electron

1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố

a) Cấu tạo nguyên tử

 Gồm: hạt nhân mang điện tích dương nằm ở trung tâm và các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh.

 Hạt nhân cấu tạo bởi hai loại hạt là nơtron không mang điện và prôtôn mang điện dương.

 Electron có điện tích là -e = -1,6.10-19C và khối lượng là me = 9,1.10-31kg. Prôtôn có điện tích là +e = +1,6.10-19C và khối lượng là mp = 1,67.10-27kg. Khối lượng của nơtron xấp xĩ bằng khối lượng của prôtôn.

 Số prôtôn trong hạt nhân bằng số electron quay quanh hạt nhân nên bình thường thì nguyên tử trung hoà về điện.

b) Điện tích nguyên tố

 Điện tích của electron và điện tích của prôtôn là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được. Vì vậy ta gọi chúng là điện tích nguyên tố.

2. Thuyết electron

 Bình thường tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng không, nguyên tử trung hoà về điện.

 Nếu nguyên tử bị mất đi một số electron thì tổng đại số các điện tích trong nguyên tử là một số dương, nó là một ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử nhận thêm một số electron thì nó là ion âm.

 Khối lượng electron rất nhỏ nên chúng có độ linh động rất cao. Do đó electron dễ dàng bứt khỏi nguyên tử, di chuyển trong vật hay di chuyển từ vật này sang vật khác làm cho các vật bị nhiễm điện.

 Vật nhiễm điện âm là vật thiếu electron; Vật nhiễm điện dương là vật thừa electron.

II. Vận dụng

1. Vật dẫn điện và vật cách điện

 Vật dẫn điện là vật có chứa các điện tích tự do.

 Vật cách điện là vật không chứa các electron tự do.

 Sự phân biệt vật dẫn điện và vật cách điện chỉ là tương đối.

2. Sự nhiễm điện do tiếp xúc

 Nếu cho một vật tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó.

 Giải thích: Do electrôn di chuyển từ vật thừa sang vật thiếu (hoặc từ vật thừa nhiều sang vật thừa ít hơn)

3. Sự nhiễm diện do hưởng ứng

 Đưa một quả cầu nhiễm điện lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hoà về điện thì đầu M nhiễm điện trái dấu với đầu N.

 Giải thích: Khi đặt gần quả cầu kim loại nhiễm điện thì mật độ eleltron tự do trên thanh MN bị phân bố lại (một đầu tập trung nhiều và một đầu tập trung ít hơn)

III. Định luật bảo toàn điện tích: "Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số các điện tích là không đổi"

 Chú ý: Hai vật bằng kim loại có bản chất, kích thứơc và hình dạng giống nhau mang điện tích q1 và q2 khi cho chúng tiếp xúc nhau thì điện tích mỗi vật là

Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

I. Điện trường

1. Môi trường truyền tương tác điện: Môi trường tuyền tương tác giữa các điện tích gọi là điện trường.

2. Điện trường: Điện trường là một dạng vật chất (môi trường) bao quanh các điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó.

II. Cường dộ điện trường

1. Khái niệm cường dộ điện trường: Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường tại điểm đó.

2. Định nghĩa: Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

E = ()

Đơn vị cường độ điện trường là N/C hoặc người ta thường dùng là V/m.

3. Véc tơ cường độ điện trường

 Véc tơ cường độ điện trường gây bởi một điện tích điểm có :

 Điểm đặt tại điểm ta xét.

 Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét.

 Chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu là điện tích âm.

 Độ lớn : E = k ()

4. Nguyên lí chồng chất điện trường: Các điện trường ... đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập với nhau và điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp :

Chú ý: Các vectơ cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành

Ví dụ: Xét trường hợp tại điểm đang xét chỉ có 2 cường độ điện trường thành phần:

III. Đường sức điện

1. Hình ảnh các đường sức điện: Các hạt nhỏ cách điện đặt trong điện trường sẽ bị nhiễm điện và nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó.

2. Định nghĩa: Đường sức điện trường là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác đường sức điện trường là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.

3. Hình dạng đường sức của một số điện trường: Xem các hình vẽ sgk.

4. Các đặc điểm của đường sức điện

 Qua mỗi điểm trong điện trường có một đường sức điện và chỉ một mà thôi

 Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó.

 Đường sức điện của điện trường tĩnh là những đường không khép kín.

 Qui ước vẽ số đường sức đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với với đường sức điện tại điểm mà ta xét tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

5. Điện trường đều

 Điện trường đều là điện trường mà véc tơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương chiều và độ lớn.

 Đường sức điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều.

Ví dụ: Điện trường giữa 2 bản kim loại song song nhiễm điện trái dấu cùng độ lớn

Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

I. Công của lực điện

1. Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

= q ()

Lực là lực không đổi và có đặc điểm:

- nếu q > 0

- nếu q < 0

- Độ lớn: ()

2. Công của lực điện trong điện trường đều: AMN = qEd

• Với d là hình chiếu đường đi MN trên một đường sức điện (lấy chiều dương là chiều đường sức, d có giá trị đại số)

• Công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

3. Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì

o Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi.

o Lực tĩnh điện là lực thế, trường tĩnh điện là trường thế.

II. Thế năng của một điện tích trong điện trường

1. Khái niệm về thế năng của một điện tích trong điện trường:

Thế năng của điện tích đặt tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích tại điểm đó.

2. Sự phụ thuộc của thế năng WM vào điện tích q

o Thế năng của một điện tích điểm q đặt tại điểm M trong điện trường : WM = AM = qVM

o Thế năng này tỉ lệ thuận với q (trong công thức trên VM là hệ số tỉ lệ)

3. Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường: AMN = WM - WN

Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện trường tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường

Bài 5: ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ

I. Điện thế

1. Khái niệm điện thế

Xét công thức tính thế năng của điện tích q trong điện trường , hệ số VM không phụ thuộc q mà chỉ phụ thuộc điện trường tại M. Nó đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q. Ta gọi nó là điện thế tại M.

Vậy: Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích.

2. Định nghĩa

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q di chuyển từ M ra xa vô cực và độ lớn của q

VM =

Đơn vị điện thế là vôn (V).

3. Đặc điểm của điện thế

Điện thế là đại lượng đại số. Thường chọn điện thế của đát hoặc một điểm ở vô cực làm mốc (bằng 0).

II. Hiệu điện thế

1. Định nghĩa

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N và độ lớn của q.

UMN = VM - VN =

2. Đo hiệu điện thế

Đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.

3. Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

E =

Tiết 9. TỤ ĐIỆN

I. Tụ điện

1. Tụ điện là gì ?

Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Mỗi vật dẫn đó gọi là một bản của tụ điện.

Tụ điện dùng để chứa điện tích.

Tụ điện phẵng gồm hai bản kim loại phẵng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

Kí hiệu tụ điện

2. Cách tích điện cho tụ điện

Nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện.

Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện.

II. Điện dung của tụ điện

1. Định nghĩa

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

C =

Đơn vị điện dung là fara (F).

Điện dung của tụ điện phẵng :

C =

2. Các loại tụ điện

Thường lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ mi ca, tụ sứ, tụ gốm, ...

Trên vỏ tụ thường ghi cặp số liệu là điện dung và hiệu điện thế giới hạn của tụ điện.

Người ta còn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi được gọi là tụ xoay.

3. Năng lượng của điện trường trong tụ điện

Năng lượng điện trường của tụ điện đã được tích điện

W = QU = = CU2

Chương II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Tiết 11-12. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI. NGUỒN ĐIỆN

I. Dòng điện

+ Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tích.

+ Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các electron tự do.

+ Qui ước chiều dòng điện là chiều chuyển động của các diện tích dương (ngược với chiều chuyển động của các điện tích âm).

+ Các tác dụng của dòng điện : Tác dụng từ, tác dụng nhiệt, tác dụng hoác học, tác dụng cơ học, sinh lí, ...

+ Cường độ dòng điện cho biết mức độ mạnh yếu của dòng điện. Đo cường độ dòng điện bằng ampe kế. Đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A).

II. Cường độ dòng điện. Dòng điện không đổi

1. Cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số của điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t và khoảng thời gian đó.

I =

2. Dòng điện không đổi

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

Cường độ dòng điện của dòng điện không đổi: I = .

3. Đơn vị của cường độ dòng điện và của điện lượng

Đơn vị của cường độ dòng điện trong hệ SI là ampe (A).

1A =

Đơn vị của điện lượng là culông (C).

1C = 1A.1s

III. Nguồn điện

1. Điều kiện để có dòng điện

Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn điện.

2. Nguồn điện

+ Nguồn điện duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó.

+ Lực lạ bên trong nguồn điện: Là những lực mà bản chất không phải là lực điện. Tác dụng của lực lạ là tách và chuyển electron hoặc ion dương ra khỏi mỗi cực, tạo thành cực âm (thừa nhiều electron) và cực dương (thiếu hoặc thừa ít electron) do đó duy trì được hiệu điện

thế giữa hai cực của nó.

IV. Suất điện động của nguồn điện

1. Công của nguồn điện

Công của các lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn được gọi là công của nguồn điện.

2. Suất điện động của nguồn điện

a) Định nghĩa

Suất điện động E của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích đó.

b) Công thức

E =

c) Đơn vị

Đơn vị của suất điện động trong hệ SI là vôn (V).

Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó.

Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nó khi mạch ngoài hở.

Mỗi nguồn điện có một điện trở gọi là điện trở trong của nguồn điện.

V. Pin và acquy

1. Pin điện hoá

Cấu tạo chung của các pin điện hoá là gồm hai cực có bản chất khác nhau được ngâm vào trong chất điện phân.

a) Pin Vôn-ta

Pin Vôn-ta là nguồn điện hoá học gồm một cực bằng kẻm (Zn) và một cực bằng đồng (Cu) được ngâm trong dung dịch axit sunfuric (H2SO4) loảng.

Do tác dụng hoá học thanh kẻm thừa electron nên tích điện âm còn thanh đồng thiếu electron nên tích điện dương.

Suất điện động khoảng 1,1V.

b) Pin Lơclăngsê

+ Cực dương : Là một thanh than bao bọc xung quanh bằng một hỗn hợp mangan điôxit MnO2 và graphit.

+ Cực âm : Bằng kẽm.

+ Dung dịch điện phân : NH4Cl.

+ Suất điện động : Khoảng 1,5V.

+ Pin Lơclăngsê khô : Dung dịch NH4Cl được trộn trong một thứ hồ đặc rồi đóng trong một vỏ pin bằng kẽm, vỏ pin này là cực âm.

2. Acquy

a) Acquy chì

Bản cực dương bằng chì điôxit (PbO2) cực âm bằng chì (Pb). Chất điện phân là dnng dịch axit sunfuric (H2SO4) loảng.

Suất điện động khoảng 2V.

Acquy là nguồn điện có thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa trên phản ứng hoá học thuận nghịch: nó tích trử năng lượng dưới dạng hoá năng khi nạp và giải phóng năng lượng ấy dưới dạng điện năng khi phát điện.

Khi suất điện động của acquy giảm xuống tới 1,85V thì phải nạp điện lại.

b) Acquy kiềm

Acquy cađimi-kền, cực dương được làm bằng Ni(OH)2, còn cực âm làm bằng Cd(OH)2 ; các cực đó dược nhúng trong dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH.

Suất điện động khoảng 1,25V.

Acquy kiềm có hiệu suất nhỏ hơn acquy axit nhưng lại rất tiện lợi vì nhẹ hơn và bền hơn.

Tiết 14-15. ĐIỆN NĂNG. CÔNG SUẤT ĐIỆN

I. Điện năng tiêu thụ và công suất điện

1. Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch

A = Uq = UIt

Điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

2. Công suất điện

Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

P = = UI\

II. Công suất toả nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

1. Định luật Jun - Len-xơ

Nhiệt lượng toả ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật đãn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó

Q = RI2t

2. Công suất toả nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

Công suất toả nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được xác định bằng nhiệt lượng toả ra ở vật dẫn đó trong một đơn vị thời gian.

P = = UI2

III. Công và công suất của nguồn điên

1. Công của nguồn điện

Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch.

Ang = qE = E Tt

2. Công suất của nguồn điện

Công suất của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.

P ng = = E T

Tiết 17. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

I. Thí nghiệm

I(A) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

U(V) 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2

II. Định luật Ôm đối với toàn mạch

Thí nghiệm cho thấy :

UN = U0 - aI = E - aI (9.1)

Với UN = UAB = IRN (9.2)

gọi là độ giảm thế mạch ngoài.

Thí nghiệm cho thấy a = r là điện trở trong của nguồn điện. Do đó :

E = I(RN + r) = IRN + Ir (9.3)

Vậy: Suất điện động có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Từ hệ thức (9.3) suy ra :

UN = IRN = E - It (9.4)

và I = (9.5)

Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

III. Nhận xét

1. Hiện tượng đoản mạch

Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi RN = 0. Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và

I = (9.6)

2. Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng

Công của nguồn điện sản ra trong thời gian t :

A = E It (9.7)

Nhiệt lượng toả ra trên toàn mạch :

Q = (RN + r)I2t (9.8)

Theo định luật bảo toàn năng lượng thì A = Q, do đó từ (9.7) và (9.8) ta suy ra

I =

Như vậy định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

3. Hiệu suất nguồn điện

H =

Tiết 19 GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ

CHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

Tiết 25. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

I. Bản chất của dòng điện trong kim loại

+ Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

+ Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.

+ Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

+ Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại

Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.

Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .

II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Điện trở suất  của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :

 = 0(1 + (t - t0))

Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn

Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 00K, điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

IV. Hiện tượng nhiệt điện

Nếu lấy hai dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, trong mạch có một suất điện động E. E gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện.

Suất điện động nhiệt điện :

E = T(T1 - T2)

Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

Tiết 26-27. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

I. Thuyết điện li

Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axit, bazơ và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành ion : anion mang điện âm là gốc axit hoặc nhóm (OH), còn cation mang điện dương là các ion kim loại, ion H+ hoặc một số nhóm nguyên tử khác.

Các ion dương và âm vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazơ và muối. Chúng liên kết chặt với nhau bằng lực hút Cu-lông. Khi tan vào trong nước hoặc dung môi khác, lực hút Cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion.

Ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.

Ta gọi chung những dung dịch và chất nóng chảy của axit, bazơ và muối là chất điện phân.

II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân

Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.

Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.

Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.

III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan

Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hoá học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.

Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của diện cực vào trong dung dịch.

IV. Các định luật Fa-ra-đây

* Định luật Fa-ra-đây thứ nhất

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.

M = kq

k gọi là đương lượng hoá học của chất

được giải phóng ở điện cực.

* Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ , trong đó F gọi là số Fa-ra-đây.

k =

Thường lấy F = 96500 C/mol.

* Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây :

m = It

m là chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam.

V. Ứng dụng của hiện tượng điện phân

Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyên nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, ...

1. Luyện nhôm

Dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy.

Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng 104A.

2. Mạ điện

Bể điện phân có anôt là một tấm kim loại để mạ, catôt là vật cần mạ. Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.

Tiết 29 -30. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

I. Chất khí là môi trường cách điện

Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hoà điện, do đó trong chất khí không có các hạt tải điện.

II. Sự dẫn điện trong chất khí trong điều kiện thường

Thí nghiệm cho thấy:

+ Trong chất khí cũng có nhưng rất ít các

hạt tải điện.

+ Khi dùng ngọn đèn ga để đốt nóng chất khí hoặc chiếu vào chất khí chùm bức xạ tử ngoại thì trong chất khí xuất hiện các hạt tải điện. Khi đó chất khí có khả năng dẫn điện.

III. Bản chất dòng điện trong chất khí

1. Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá

Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là tác nhân ion hoá. Tác nhân ion hoá đã ion hoá các phân tử khí thành các ion dương, ion âm và các electron tự do.

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm, và electron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hoà, nên chất khí trở thành không dẫn điện,

2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ có tác nhân ion hoá gọi là quá trình dẫn điện không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện.

Quá trình dẫn diện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

3. Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực

Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng diện trong chất khí, ta thấy có hiện tượng nhân số hạt tải điện.

Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gây ra gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện.

IV. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực

Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hoá tác động từ bên ngoài.

Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

1. Dòng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron.

4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện.

V. Tia lữa điện và điều kiện tạo ra tia lữa điện

1. Định nghĩa

Tia lữa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.

2. Điều kiện để tạo ra tia lữa điện

Hiệu điện thế U(V) Khoảng cách giữa 2 cực (mm)

Cực phẵng Mũi nhọn

20 000 6,1 15,5

40 000 13,7 45,5

100 000 36,7 220

200 000 75,3 410

300 000 114 600

3. Ứng dụng

Dùng để đốt hỗn hợp xăng không khí trong động cơ xăng.

Giải thích hiện tượng sét trong tự nhiên

VI. Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện

1. Định nghĩa

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.

Hồ quang điện có thể kèn theo toả nhiện và toả sáng rất mạnh.

2. Điều kiện tạo ra hồ quang điện

Dòng điện qua chất khí giữ được nhiệt độ cao của catôt để catôt phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron.

3. Ứng dụng

Hồ quang diện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu, ...

Tiết 31. DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG

I. Cách tạo ra dòng điện trong chân không

1. Bản chất của dòng điện trong chân không

+ Chân không là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí. Nó không chứa các hạt tải điện nên không dẫn điện.

+ Để chân không dẫn điện ta phải đưa các electron vào trong đó.

+ Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào trong khoảng chân không đó.

2. Thí nghiệm

Thí nghiệm cho thấy đường đặc tuyến V - A của dòng điện trong chân không

II. Tia catôt

1. Thí nghiệm

+ Khi áp suất trong ống bằng áp suất khí quyển ta không thấy quá trình phóng điện

+ Khi áp suất trong ống đã đủ nhỏ, trong ống có quá trình phóng điện tự lực, trong ống có cột sáng anôt và khoảng tối catôt.

+ Khi áp suất trong ống hạ xuống còn khoảng 10-3mmHg, khoảng tối catôt chiếm toàn bộ ống. Quá trình phóng điện vẫn duy trì và ở phía đối diện với catôt, thành ống thủy tinh phát ánh sáng màu vàng lục.

Ta gọi tia phát ra từ catôt làm huỳnh quang thủy tinh là tia catôt.

+ Tiếp tục hút khí để đạt chân không tốt hơn nữa thì quá trình phóng điện biến mất.

2. Tính chất của tia catôt

+ Tia catôt phát ra từ catôt theo phương vuông góc với bề mặt catôt. Gặp một vật cản, nó bị chặn lại làm vật đó tích điện âm.

+ Tia catôt nmang năng lượng: nó có thể làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể, làm kim loại phát ra tia X, làm nóng các vật mà nó rọi vào và tác dụng lực lên các vật đó

+ Tia catôt bị lệch trong điện tường và từ trường.

3. Bản chất của tia catôt

Tia catôt thực chất là dòng electron phát ra từ catôt, có năng lượng lớn và bay tự do trong không gian.

4. Ứng dụng

Ứng dụng phổ biến nhất của tia catôt là để làm ống phóng điện tử và đèn hình.

Tiết 32-33. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN

I. Chất bán dẫn và tính chất

Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi.

Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là gecmani và silic.

+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.

+ Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

II. Hạt tải điện trong chất bán dẫn, bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi là bán dẫn loại n. Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi là bán dẫn loại p.

2. Electron và lỗ trống

Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

Dòng điện trong bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

3. Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)

+ Khi pha tạp chất là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.

+ Khi pha tạp chất là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chasats này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống, nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán đãn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.

III. Lớp chuyển tiếp p-n

Lớp chuyển tiếp p-n là chổ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn.

1. Lớp nghèo

Ở lớp chuyển tiếp p-n không có hoặc có rất ít các hạt tải điện, gọi là lớp nghèo. Ở lớp nghèo, về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương và về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm. Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo

Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n. Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n là chiều thuận, chiều từ n sang p là chiều ngược.

3. Hiện tượng phun hạt tải điện

Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Đó sự phun hạt tải điện.

IV. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n. Nó chỉ cho dòng điện đi qua theo chiều từ p sang n. Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu. Nó được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện một chiều.

V. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của tranzito lưỡng cực n-p-n

1. Hiệu ứng tranzito

Xét một tinh thể bán dẫn trên đó có tạo ra một miền p, và hai miền n1 và n2. Mật độ electron trong miền n2 rất lớn so với mật độ lỗ trống trong miền p. Trên các miền này có hàn các điện cực C, B, E. Điện thế ở các cực E, B, C giữ ở các giá trị VE = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn (cở 10V).

+ Giã sử miền p rất dày, n1 cách xa n2

Lớp chuyển tiếp n1-p phân cực ngược, điện trở RCB giữa C và B rất lớn.

Lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận nhưng vì miền p rất dày nên các electron từ n2 không tới được lớp chuyển tiếp p-n1, do đó không ảnh hưởng tới RCB.

+ Giã sử miền p rất mỏng, n1 rất gần n2

Đại bộ phận dòng electron từ n2 phun sang p có thể tới lớp chuyển tiếp n1-p, rồi tiếp tục chạy sang n1 đến cực C làm cho điện trở RCB giảm đáng kể.

Hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito.

Vì đại bộ phận electron từ n2 phun vào p không chạy về B mà chạy tới cực C, nên ta có IB << IE và IC  IE. Dòng IB nhỏ sinh ra dòng IC lớn, chứng tỏ có sự khuếch đại dòng điện.

2. Tranzito lưỡng cực n-p-n

Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 gọi là tranzito lưỡng cực n-p-n.

Tranzito có ba cực:

+ Cực góp hay là côlectơ (C).

+ Cực đáy hay cực gốc, hoặc bazơ (B).

+ Cực phát hay Emitơ (E).

Ứng dụng phổ biến của tranzito là để lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử.

Tiết 36-37. THỰC HÀNH: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA

ĐIÔT BÁN DẪN VÀ ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANZITO

CHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNG

Tiết 38. TỪ TRƯỜNG

I. Nam châm

+ Loại vật liệu có thể hút được sắt vụn gọi là nam châm.

+ Mỗi nam châm có hai cực: bắc và nam.

+ Các cực cùng tên của nam châm đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau. Lực tương tác giữa các nam châm gọi là lực từ và các nam châm có từ tính.

II. Từ tính của dây dẫn có dòng điện

Giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện, giữa dòng điện với dòng điện có sự tương tác từ.

Dòng điện và nam châm có từ tính.

III. Từ trường

1. Định nghĩa

Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.

2. Hướng của từ trường

Từ trường định hướng cho cho các nam châm nhỏ.

Qui ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.

IV. Đường sức từ

1. Định nghĩa

Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

Qui ước chiều của đường sức từ tại mỗi điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.

2. Các ví dụ về đường sức từ

+ Dòng điện thẳng rất dài

- Có đường sức từ là những đường tròn nằm trong những mặt phẵng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện.

- Chiều đường sức từ được xác định theo qui tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón tay kia khum lại chỉ chiều của đường sức từ.

+ Dòng điện tròn

- Qui ước: Mặt nam của dòng điện tròn là mặt khi nhìn vào đó ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, còn mặt bắc thì ngược lại.

- Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào mặt Nam và đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn ấy.

3. Các tính chất của đường sức từ

+ Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức.

+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

+ Chiều của đường sức từ tuân theo những qui tắc xác định.

+ Qui ước vẽ các đường sức mau (dày) ở chổ có từ trường mạnh, thưa ở chổ có từ trường yếu.

V. Từ trường Trái Đất

Trái Đất có từ trường.

Từ trường Trái Đất đã định hướng cho các kim nam châm của la bàn.

Tiết 39. LỰC TỪ. CẢM ỨNG TỪ

I. Lực từ

1. Từ trường đều

Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.

2. Lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện

Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có phương vuông góc với các đường sức từ và vuông góc với đoạn dây dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chay qua dây dẫn.

II. Cảm ứng từ

1. Cảm ứng từ

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng diện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện và chiều dài đoạn dây dẫn đó.

B =

2. Đơn vị cảm ứng từ

Trong hệ SI đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

1T =

3. Véc tơ cảm ứng từ

Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm:

+ Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

+ Có độ lớn là: B =

4. Biểu thức tổng quát của lực từ

Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là :

+ Có điểm đặt tại trung điểm của l;

+ Có phương vuông góc với và ;

+ Có chiều tuân theo qui tác bàn tay trái;

+ Có độ lớn F = IlBsin

Tiết 40. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT

I. Từ trường của dòng diện chạy trong dây dẫn thẳng dài

+ Đường sức từ là những đường tròn nằm trong những mặt phẵng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dây dẫn.

+ Chiều đường sức từ được xác định theo qui tắc nắm tay phải.

+ Độ lớn cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn một khoảng r: B = 2.10-7 .

II. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn

+ Đường sức từ đi qua tâm O của vòng tròn là đường thẳng vô hạn ở hai đầu còn các đường khác là những đường cong có chiều di vào mặt Nam và đi ra mặt Bác của dòng điện tròn đó.

+ Độ lớn cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây: B = 2.10-7

III. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ

+ Trong ống dây các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.

+ Cảm ứng từ trong lòng ống dây:

B = 4.10-7 I = 4.10-7nI

IV. Từ trường của nhiều dòng điện

Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các véc tơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy

Tiết 42. LỰC LO-REN-XƠ

I. Lực Lo-ren-xơ

1. Định nghĩa lực Lo-ren-xơ

Mọi hạt mang điện tích chuyển động trong một từ trường, đều chịu tác dụng của lực từ. Lực này được gọi là lực Lo-ren-xơ.

2. Xác định lực Lo-ren-xơ

Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ tác dụng lên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc :

+ Có phương vuông góc với và ;

+ Có chiều theo qui tắc bàn tay trái: để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của khi q0 > 0 và ngược chiều khi q0 < 0. Lúc đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra;

+ Có độ lớn: f = |q0|vBsin

II. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

1. Chú ý quan trọng

Khi hạt điện tích q0 khối lượng m bay vào trong từ trường với vận tốc mà chỉ chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ thì luôn luôn vuông góc với nên không sinh công, động năng của hạt được bảo toàn nghĩa là độ lớn vận tốc của hạt không đổi, chuyển động của hạt là chuyển động đều.

2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẵng trong mặt phẵng vuông góc với từ trường.

Trong mặt phẵng đó lực Lo-ren-xơ luôn vuông góc với vận tốc , nghĩa là đóng vai trò lực hướng tâm:

f = = |q0|vB

Kết luận: Quỹ đạo của một hát điện tích trong một từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẵng vuông góc với từ trường, có bán kín

R =

CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Tiết 44, 45. TỪ THÔNG. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I. Từ thông

1. Định nghĩa

Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều:

 = BScos

Với  là góc giữa pháp tuyến và .

2. Đơn vị từ thông

Trong hệ SI đơn vị từ thông là vêbe (Wb).

1Wb = 1T.1m2.

II. Hiện tượng cảm ứng điện từ

1. Thí nghiệm

a) Thí nghiệm 1

Cho nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện.

b) Thí nghiệm 2

Cho nam châm dịch chuyển ra xa mạch kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện ngược chiều với thí nghiệm 1.

c) Thí nghiệm 3

Giữ cho nam châm đứng yên và dịch chuyển mạch kín (C) ta cũng thu được kết quả tương tự.

d) Thí nghiệm 4

Thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện. Khi thay đổi cường độ dòng điện trong nam châm điện thì trong mạch kín (C) cũng xuất hiện dòng điện.

2. Kết luận

a) Tất cả các thí nghiệm trên đều có một đạc điểm chung là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên. Dựa vào công thức định nghĩa từ thông, ta nhận thấy, khi một trong các đại lượng B, S hoặc  thay đổi thì từ thông  biến thiên.

b) Kết quả của thí nghiệm chứng tỏ rằng:

+ Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.

III. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng

Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

IV. Dòng điện Fu-cô

1. Thí nghiệm 1

Một bánh xe kim loại có dạng một đĩa tròn quay xung quanh trục O của nó trước một nam châm điện. Khi chưa cho dòng điện chạy vào nam châm, bánh xe quay bình thường. Khi cho dòng điện chạy vào nam châm bánh xe quay chậm và bị hãm dừng lại.

2. Thí nghiệm 2

Một khối kim loại hình lập phương được đặt giữa hai cực của một nam châm điện. Khối ấy được treo bằng một sợi dây một đầu cố dịnh; trước khi đưa khối vào trong nam châm điện, sợi dây treo được xoắn nhiều vòng. Nếu chưa có dòng điện vào nam châm điện, khi thả ra khối kim loại quay nhanh xung quanh mình nó.

Nếu có dòng điện đi vào nam châm điện, khi thả ra khối kim loại quay chậm và bị hãm dừng lại.

3. Giải thích

Ở các thí nghiệm trên, khi bánh xe và khối kim loại chuyển động trong từ trường thì trong thể tích của chúng cuất hiện dòng điện cảm ứng - những dòng điện Fu-cô. Theo định luật Len-xơ, những dòng điện cảm ứng này luôn có tác dụng chống lại sự chuyển dơi, vì vậy khi chuyển động trong từ trường, trên bánh xe và trên khối kim loại xuất hiện những lực từ có tác dụng cản trở chuyển

động của chúng, những lực ấy gọi là lực hãm điện từ.

4. Tính chất và công dụng của dòng Fu-cô

+ Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của những lực hãm điện từ. Tính chất này được ứng dụng trong các bộ phanh điện từ của những ôtô hạng nặng.

+ Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Len-xơ trong khối kim loại đặt trong từ trường biến thiên. Tính chất này được ứng dụng trong các lò cảm ứng để nung nóng kim loại.

+ Trong nhiều trường hợp dòng điện Fu-cô gây nên những tổn hao năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại.

+ Dòng Fu-cô cũng được ứng dụng trong một số lò tôi kim loại.

Tiết 47. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

I. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

1. Định nghĩa

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

2. Định luật Fa-ra-đây

Suất điện động cảm ứng: eC = -

Nếu chỉ xét về độ lớn của eC thì:

|eC| = | |

Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

II. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ

Sự xuất hiện dấu (-) trong biểu thức của eC là phù hợp với định luật Len-xơ.

Trước hết mạch kín (C) phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông qua mạch kín.

Nếu  tăng thì eC < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược chiều với chiều của mạch.

Nếu  giảm thì eC > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) cùng chiều với chiều của mạch.

III. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

Xét mạch kín (C) đặt trong từ trường không đổi, để tạo ra sự biến thiên của từ thông qua mạch (C), phải có một ngoại lực tác dụng vào (C) để thực hiện một dịch chuyển nào đó của (C) và ngoại lực này đã sinh một công cơ học. Công cơ học này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là tạo ra điện năng. Vậy bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

Tiết 48. TỰ CẢM

I. Từ thông riêng qua một mạch kín

Từ thông riêng của một mạch kín có dòng điện chạy qua:  = Li

Độ tự cảm của một ống dây:

L = 4.10-7.. .S

Đơn vị của độ tự cảm là henri (H)

1H =

II. Hiện tượng tự cảm

1. Định nghĩa

Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

2. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm

a) Ví dụ 1

Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.

Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.

b) Ví dụ 2

Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt.

Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn và vì K ngắt đột ngột nên cường độ dòng cảm ứng khá lớn, làm cho đén sáng bừng lên trước khi tắt.

III. Suất điện động tự cảm

1. Suất điện động tự cảm

Suất điện động cảm ứng trong mạch xuát hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.

Biểu thức suất điện động tự cảm:

etc = - L

Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm

W = Li2.

IV. Ứng dụng

Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp.