Điện lượng · Ampe kế · Dòng điện trong kim loại · Tốc độ trôi electron
Nêu được cường độ dòng điện biểu thị mức độ mạnh, yếu của tác dụng dòng điện; xác định cường độ từ điện lượng và thời gian; trình bày được công thức I = nSve đối với electron trong kim loại.
Đọc ampe kế; so sánh hai mạch có cường độ khác nhau; chuyển đổi A, mA, mAh và C; xác định tốc độ trôi electron qua tiết diện dây tròn; mô tả đúng chiều dòng điện quy ước.
Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho mức độ mạnh, yếu của tác dụng dòng điện. Trong thí nghiệm cùng mạch, tăng số chỉ ampe kế thường làm đèn sáng mạnh hơn hoặc nam châm điện hút được nhiều ghim giấy hơn; đây là quan sát định tính trong điều kiện thí nghiệm xác định.
Sơ đồ nguyên lí minh họa: ampe kế mắc nối tiếp; thay đổi biến trở để điều chỉnh dòng. Không nối ampe kế trực tiếp vào hai cực nguồn.
| I | cường độ dòng điện trung bình, ampe (A) |
|---|---|
| Δq | độ lớn điện lượng qua tiết diện, cu-lông (C) |
| Δt | khoảng thời gian khảo sát, giây (s) |
Điều kiện: Với dòng điện không đổi, đây cũng là giá trị cường độ dòng điện tại mọi thời điểm trong khoảng khảo sát.
| Δq | điện lượng, C |
|---|---|
| I | cường độ không đổi, A |
| Δt | thời gian, s |
Điều kiện: Chỉ dùng trực tiếp khi I không đổi trên khoảng thời gian Δt; nếu I biến thiên, cần tính điện lượng theo từng khoảng thời gian hoặc diện tích dưới đồ thị I–t.
| Δt | thời gian, s |
|---|---|
| 1 phút | 60 s |
| 1 giờ | 3600 s |
Điều kiện: I phải khác 0 và là dòng không đổi trong toàn khoảng.
| Ah, mAh | đơn vị điện lượng/dung lượng điện tích được ghi trên pin |
|---|---|
| C | đơn vị SI của điện lượng |
Điều kiện: Thông số mAh không phải cường độ dòng điện tức thời; thời gian dùng thực tế còn phụ thuộc tải, điện áp, hiệu suất, điều kiện hoạt động.
| N | số electron (không có đơn vị) |
|---|---|
| e | độ lớn điện tích electron, xấp xỉ 1,60×10⁻¹⁹ C |
Điều kiện: Dòng điện không đổi; coi hạt tải điện qua tiết diện là electron; N lớn nên chỉ lấy giá trị xấp xỉ có nghĩa.
Trong dây dẫn kim loại, các electron tự do có chuyển động nhiệt hỗn loạn và vận tốc trôi trung bình ngược chiều dòng điện quy ước. Nếu dây có tiết diện S, trong thời gian Δt electron trôi được quãng đường vΔt, số electron tương ứng là N=nSvΔt.
| n | mật độ electron tự do, m⁻³ |
|---|---|
| S | tiết diện dây dẫn, m² |
| v | tốc độ trôi trung bình, m/s |
| e | độ lớn điện tích electron, C |
Điều kiện: Dây dẫn kim loại một loại hạt tải, mật độ n đồng đều và v trung bình theo phương vuông góc tiết diện.
| d | đường kính dây dẫn, m |
|---|---|
| v | tốc độ trôi, m/s |
Điều kiện: Đổi mm → m trước khi bình phương; nếu đường kính tăng gấp đôi còn I và n không đổi, v giảm bốn lần.
| Iₖ | cường độ giữ không đổi trên khoảng thứ k |
|---|---|
| Δtₖ | độ dài khoảng thứ k, s |
Điều kiện: Chỉ xét đồ thị bậc thang, từng khoảng Iₖ không đổi; diện tích phần dưới đồ thị I–t bằng điện lượng chuyển qua tiết diện.
Dòng điện không đổi I=0,50 A chạy qua một tiết diện dây trong 2 phút.
Lời giải: Đổi Δt=120 s. Δq=IΔt=0,5×120=60 C.
Trong 4 s có 2,4 C đi qua một tiết diện dây; dòng không đổi.
Lời giải: I=2,4/4=0,60 A.
Dòng không đổi 0,32 A qua tiết diện trong 5 s, coi hạt tải electron.
Lời giải: Δq=1,6 C; N=1,6/(1,6×10⁻¹⁹)=10¹⁹ electron.
Thiết bị ghi 2500 mAh. Chuyển sang điện lượng lí tưởng.
Lời giải: Q=2500×3,6=9000 C. Không được kết luận thiết bị luôn hoạt động được 2500 giờ.
Dây đồng tiết diện S=1,0 mm², I=1,6 A, n=8,0×10²⁸ m⁻³.
Lời giải: S=10⁻⁶ m²; v=1,6/(8,0×10²⁸×10⁻⁶×1,6×10⁻¹⁹)=1,25×10⁻⁴ m/s=0,125 mm/s.
Dây đường kính d=2 mm, I=5 A, n=8,45×10²⁸ m⁻³.
Lời giải: S=π×(0,002)²/4≈3,142×10⁻⁶ m²; v≈1,18×10⁻⁴ m/s.
Dòng điện không đổi I=2 A trong 3 s rồi 0,5 A trong 4 s.
Lời giải: Δq=2×3+0,5×4=8 C.
Trong 0,002 s, điện lượng 16 C đi qua tiết diện kênh sét, giả sử cường độ trung bình.
Lời giải: I_tb=16/0,002=8000 A (8 kA). Không suy diễn dòng sét hoàn toàn không đổi.
Thay đổi thông số, dự đoán trước khi quan sát kết quả. Mô phỏng sử dụng mô hình lí tưởng để minh họa định tính và định lượng, không thay thế phép đo điện thật.
1. Nếu dòng tăng gấp đôi, trong cùng 3 s điện lượng thay đổi thế nào? 2. Khi đường kính dây tăng gấp đôi mà I và n giữ nguyên, tốc độ trôi thay đổi ra sao? 3. Diện tích đồ thị I–t biểu thị gì?
Giữ nguyên loại đèn và nam châm trong mô hình. Điều chỉnh dòng điện bằng thanh trượt, quan sát số chỉ ampe kế và biểu diễn định tính độ sáng/sức hút.
Trên điện thoại, vuốt ngang khung hình để xem nhãn và các thiết bị rõ hơn.
Tốc độ trôi là độ lớn vận tốc dịch chuyển có hướng của electron, không phải tốc độ truyền tín hiệu điện. Mũi tên dòng điện quy ước ngược hướng electron.
Hai giai đoạn có dòng không đổi; tổng diện tích hình chữ nhật dưới đồ thị biểu thị điện lượng. Đây là ứng dụng mở rộng của Δq = IΔt.
Nhập chỉ số không kèm đơn vị (đơn vị ghi trong câu hỏi). Có thể dùng dấu phẩy hoặc dấu chấm thập phân; với bài yêu cầu làm tròn ba chữ số, đáp án chấm theo mức làm tròn đó. Hệ thống chỉ hiện lời giải sau khi học sinh chủ động bấm xem.
8 câu ABCD = 2 điểm; 4 câu Đúng/Sai (mỗi câu 4 ý) = 4 điểm; 8 câu trả lời ngắn = 2 điểm; 2 tự luận = 2 điểm đánh giá theo rubric. Không hiển thị đáp án trước khi nộp.
Nhấn các nhánh để ghi nhớ điều kiện áp dụng và đơn vị.
Nếu một xung truyền 20 C qua tiết diện kênh sét trong 0,002 s, cường độ trung bình là 10 000 A. Dòng sét thực biến thiên rất nhanh nên đây không phải giá trị ở mọi thời điểm.
Pin ghi 10 000 mAh tương ứng 36 000 C theo danh định; thông số này không phải 10 000 mA và không trực tiếp cho biết năng lượng (Wh) nếu chưa biết điện áp danh định.
Điện cực trên da ghi nhận chênh lệch điện thế do hoạt động điện của tim theo thời gian, từ đó dựng biểu đồ điện tâm đồ. ECG không phải phép đo trực tiếp cường độ dòng điện chạy trong mạch máu.