Bài giảng điện học chương IV dòng điện không đổi

1
IV. Dòng điện không đổi

2
Nội dung
 Phân loạivậtdẫn. Các loạihạttải.
 Dòng điện, mật độ dòng điện. Suất điện động.
 Định luậtOhm theoquanđiểmvi mô, vĩ mô.
 Độ dẫn điện, điệntrở. Điệntrở củamộtsố dạng vật
dẫnthôngdụng.
 Năng lượng và công suấtcủamạch điện. Định luật
Joule-Lenz.
 Mạch rẽ. Quy tắc Kirchhoff.
3
Mụctiêu
 Bản chất dòng điện, các đại lượng đặc trưng.
 Khái niệm về điện trở, độ dẫn điện.
 Định luật Ohm.
 Năng lượng, công suấtcủamạch điện
 Định luậtJoule-Lenz.
 Quy tắcKirchhoff.
4
IV.1
Phân loạivậtdẫntừ quan điểm
lý thuyết vùng. Các loạihạttải.
5
1. Phân loạivậtdẫntheolýthuyếtvùng.
6
2. Các loạihạttải
7
VI.2

Dòng điện, mật độ dòng điện.
8
1. Dòng điện
 Bảnchất: dòng các hạt điệntíchchuyển động có hướng được
gọilàdòngđiện.
 Mộtsố ví dụ:
-Kim loại: điệntử hóa trị liên kếtyếuvớihạt nhân → e- tự do,
chuyển động trong không gian giữamạng tinh thể → khi có E, e-
chuyển động có hướng thành dòng điện.
-Chất điện phân: tự phân li thành ion (+) và (-) do tương tác
giữacácphântử → dướitácdụng củaE, chuyển động có hướng
củahailoạiion tạo thành dòng điện.
-Chất khí: các phân tử t
ương tác yếunêntrunghòađiện. Khi có
kích thích bên ngoài sẽ giải phóng e- tạo thành ion (+) và (-) →
e- và các ion đều tham gia chuyển động có hướng tạodòngđiện.
9
Dòng điện (cont. 1)
 Quy ướcchiềudòngđiện:
là chiều chuyển động của
các hạt điệntíchdương hay
ngượcvớichiềuchuyển động
củacáchạt điệntíchâm.
 Quỹđạocủahạt điệntích
đượcgọilàđường dòng. Tập
hợpcácđường dòng tạo
thành ống dòng.
10
2. Các đại lượng đặc trưng
 Cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện qua diệntíchS
là một đạilượng có giá trị bằng
lượng điệntíchchuyển qua diệntích
này trong một đơnvị thờigian.
Đơnvị: C / s = A (Ampere)
S
dt
dq
I =
 Lượng điện tích chuyển qua diệntíchS trongthờigiant:
∫∫
==
tt
Idtdqq
00
11
Các đại lượng đặc trưng (cont. 1)
 Dòng điện không đổi: có chiềuvàcường độ không thay đổi
theo thờigian.
 Định nghĩavềđơnvịđiệntích:
Coulomb là lượng điệntíchtảiqua tiếtdiệnmộtvậtdẫntrong
thờigian1 s bởimộtdòngđiệnkhôngđổitheothờigiancó
cường độ 1 A.
 Trường hợp nhiều điệntíchchuyển động trong vậtdẫn:
tIdtIIdtq
tt
∫∫
===
00
dt

dq
dt
dq
I
21
+=
12
3. Mật độ dòng điện
 Ý nghĩa:
-Mật độ dòng điệnchobiết độ lớn
củadòngđiệntạitừng điểm, khác
vớicường độ dòng điện đặctrưng
cho độ lớncủadòngđiệnqua một
diệntíchnàođó.
-Cường độ dòng điệnlàđạilượng
vô hướng, vector mật độ dòng
điệnchobiếtphương chiềucủa
dòng điện.
d
S
13
Mật độ dòng điện (cont. 2)
 Định nghĩa:
Vector mật độ dòng điệntạimột điểmcóhướng là hướng chuyển
động củahạttíchđiệndương điqua điểm đóvàcóđộ lớnbằng
cường độ dòng điệnqua một đơnvị diệntíchđặt vuông góc với
hướng đang xét.
Đơnvị: A/m
2
.

 Qua mộtdiệntíchdS:
d
S
S
I
j =
∫
=
S
SdjI
r
r
14
Mật độ dòng điện (cont. 3)
 Vector mật độ dòng điện:
v
d
: vậntốccuốncủacácđiệntích(vậntốc chuyển động có
hướng trung bình củacácđiệntích).
Vector mật độ dòng điện có cùng chiềuvới
v
d
nếu điệntíchlà
dương và ngượcchiềuvới
v
d
nếu điệntíchlàâm.
 Trường hợp nhiều điệntíchchuyển động trong vậtdẫn:
d
venj

r
r
=
2
22
1
11 dd
venvenj
+
=
15
Chuyển động củadòngđiện
 Sự chuyển động củacáchạt điệntích: nếucómột điệntrường
E xuấthiện trong mộtvậtdẫnthìcáchạt điệntíchsẽ bị dịch
chuyểnvàtạomộtdòngđiệncóhướng theo điệntrường.

Q: Quỹđạocủahạt điệntích(đường dòng) sẽ như thê nào ?
16
Chuyển động củacáchạt điệntích
 Quan điểmvi mô:
Các hạt điện tích chuyển động có hướng dướitácdụng củaE.
Trong quá trình chuyển động do sự va chạm, quỹđạo chuyển
động sẽ bị thay đổi.
VD: Cu có
v
d
≈ 4×10
-5
m/s → trong 1 h đi đượckhoảng 14 cm.


Q: tạisaocóhiệntượng này ?
17
VI.3
Định luậtOhm.
Điệntrở, độ dẫn điện.
18
1. Định luật Ohm.
V
1
V
2
 Xét mộtdâydẫn kim loại đồng chấtcódòngđiệncường độ I chạyqua.
GọiV
1
và V
2
là điệnthếởhai đầucủa đoạndây, thựcnghiêmchứng tỏ
rằng V
1
-V
2
= RI → công thứccủa định luậtOhm:
Đạilượng R đượcgọilàđiệntrở của đoạndây.
R
VV
I
21
−
=
19

2. Điệntrở.
 Điệntrở củamộtvậtdẫnlàtỉ số giữahiệu điệnthếđặtvàovà
dòng điện điqua vậtdẫn:
Đơnvị: V/A ≡Ω(Ohm).
 Nếu V = 1 V, I = 1 A thì R = 1 V/A = 1 Ω
Ohm là điệntrở giữahaiđiểmcủamộtdâydẫn đồng tính có
nhiệt độ đềukhigiữahaiđiểm đócómộthiệu điệnthế 1 V
tạonênmộtdòngđiệnkhôngđổicócường độ 1 A.
I
V
R =
20
3. Điệntrở suất.
 Thựcnghiêmchứng tỏ rằng điệntrở củamột đoạndâyđồng
tính tiếtdiện đềutỉ lệ thuậnvớichiềudàil vàtỉ lệ nghịch với
tiếtdiện vuông góc S của đoạndây:
Hệ số ρ đượcgọilàđiệntrở suất củavậtliệulàmdây.
 Điệntrở suấtcủamộtvậtdẫnphụ thuộcvàobảnchấtvà
trạng thái củavậtdẫn.
VD: ρCu = 1.7×10
-8
Ωm, ρAl = 2.9.×10
-8
Ωm.
S
l
R ρ=
21
Sự phụ thuộc nhiệt độ.
 Điệntrở và điệntrở suấtphụ thuộc vào nhiệt độ:

).(.
000
TT
−
α
ρ
=ρ−ρ
22
4. Dạng vi phân của định luật Ohm
S
J=I/S
 Mục đích: tìm công thứcbiểudiễn đinh luậtOhm chomỗi điểmcủa
dây dẫn(dạng vi phân, xét trên quan điểmvi mô).
 Công thức:
Tạimỗi điểmbấtkìtrongmôitrường có dòng điệnchạyqua, vector
mật độ dòng điệntỉ lệ thuậnvớivector cường độ điệntrường tại
điểm đó.
EJhayJE
r
r
r
r
σ=ρ=
23
Giảithích?
 Giải thích tính dẫn điệncủakimloại
Sử dụng mô hình khí điệntử tự do:
Các điệntử trong kim loại chuyển động tự do vớigiả thiếtcác
điệntử không va chạm vào nhau mà chỉ va chạmvàocác
nguyên tử kim loại.

24
5. Độ dẫn điện.
 Đạilượng nghịch đảocủa1/ρ≡σ đượcgọilàđộ dẫn điện.
 Đơnvị: (Ωm)
-1
≡ S.

Q: nếu σ là độ dẫn điệnthìρ có thể hiểunhư thế nào ?
25
6. Điệntrở mắcnốitiếp