Dòng điện đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, từ việc sử dụng các thiết bị điện từ cho đến các hệ thống điện lực lớn. Vậy dòng điện là gì? Có bao nhiêu loại dòng điện? Chúng có tác dụng ra sao? Hãy cùng Điện Châu Á tìm hiểu về dòng điện trong bài viết dưới đây.
Dòng điện là gì?
Dòng điện là một khái niệm cơ bản trong khoa học điện và điện tử. Nó được định nghĩa là sự di chuyển của các hạt mang điện, chẳng hạn như hạt electron hoặc ion qua một vật dẫn điện hoặc không gian. Điện dòng được đo bằng đơn vị Ampere và còn được hiểu là tốc độ của dòng điện tích chạy qua môi trường dẫn theo thời gian.
Dòng điện có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, bao gồm điện tử, năng lượng, viễn thông và các thiết bị điện. Việc hiểu rõ về dòng điện là điều rất cần thiết để có thể thiết kế, vận hành, sửa chữa các thiết bị điện tử và hệ thống điện trong cuộc sống hàng ngày.
Dòng điện là gì?
Có thể bạn quan tâm: Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch điện
Công thức và đơn vị dòng điện
Trong hầu hết các trường hợp, hướng chuyển động của dòng điện được coi là ngược với hướng chuyển động của các hạt mang điện. Đơn vị đo lường của dòng điện là ampe, được định nghĩa bằng cách chia điện tích Q chuyển động qua tiết diện của một dây dẫn trong thời gian t. Cụ thể, nếu Q chạy qua tiết diện của một dây dẫn trong thời gian t, thì cường độ dòng điện I sẽ bằng Q / t. Trong hầu hết các trường hợp, dòng điện sẽ chạy từ cực âm đến cực dương của nguồn điện, chẳng hạn như pin.
Một mạch điện đơn giản có thể được thể hiện bởi một đèn pin, một công tắc và một pin. Trong đèn pin, pin cung cấp dòng điện đi từ cực âm đến cực dương và bóng đèn trong đèn pin phát sáng nhờ dòng điện này. Công tắc đóng vai trò tạo ra một liên kết dẫn điện giữa pin và bóng đèn, cho phép dòng điện chạy qua đèn và phát sáng bóng đèn. Nếu mạch bị đứt, dòng điện sẽ ngừng chạy và bóng đèn sẽ không còn phát sáng.
Cách đo dòng điện
Trong lĩnh vực điện và điện tử, đo cường độ dòng điện là một hoạt động rất quan trọng. Để đo cường độ dòng điện, người ta sử dụng một thiết bị đo gọi là ampe kế. Ampe kế được kết nối với mạch điện cần đo cường độ dòng điện để thực hiện việc đo. Dưới đây là hình ảnh thể hiện phép đo cường độ dòng điện qua điện trở bằng ampe kế.
Ngoài ra, còn có các phương pháp đo dòng điện khác như:
- Sử dụng điện kế để đo cả chiều và độ lớn của dòng điện.
- Sử dụng phát hiện từ trường liên kết với dòng điện mà không làm đứt mạch. Có nhiều dụng cụ khác nhau có thể được dùng để đo dòng điện mà không làm đứt mạch, bao gồm máy biến dòng (chỉ đo AC), bộ cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall, đồng hồ kẹp, điện trở Shunt và cảm biến trường điện trở Magneto.
Cách đo dòng điện
Phân loại dòng điện
Dòng điện được phân thành 2 loại chính, bao gồm: dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC).
Dòng điện xoay chiều (AC)
Dòng điện xoay chiều (AC) có chiều tuần hoàn ngược lại theo thời gian và được phân thành các dạng sóng như hình sin, tam giác, vuông hoặc răng cưa, tuy nhiên dạng sóng hình sin là phổ biến nhất.
Nó bắt đầu từ giá trị không, tăng dần đến cực đại rồi giảm dần về giá trị không, đổi chiều và đạt cực đại theo chiều ngược lại, sau đó quay lại giá trị ban đầu và tiếp tục chu kỳ tuần hoàn như vậy. Đây là loại dòng điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng, văn phòng, tòa nhà, nhà máy và nhiều ứng dụng khác.
Máy phát điện xoay chiều là thiết bị được thiết kế đặc biệt để tạo ra dòng điện xoay chiều và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng như các tòa nhà, nhà máy, tủ lạnh, máy giặt,…
Được phát minh bởi Michael Faraday vào năm 1832 thông qua máy phát điện Dynamo, dòng điện xoay chiều đã trở thành loại nguồn điện phổ biến nhất và quan trọng nhất trong cuộc sống hiện đại của chúng ta.
Dòng điện xoay chiều (AC)
Dòng điện một chiều
Dòng điện một chiều (DC) chỉ chảy theo một hướng duy nhất. Dạng sóng của dòng điện DC được thể hiện trong hình dưới đây.
Có nhiều nguồn khác nhau để tạo ra dòng điện DC, bao gồm pin, pin mặt trời, pin nhiên liệu, máy phát điện cổ điển, cặp nhiệt điện,… Bộ chỉnh lưu cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Dòng điện DC thường được ứng dụng trong các mạch điện tử và các thiết bị điện áp thấp, vì hầu hết các mạch điện tử đều cần nguồn điện một chiều. DC cũng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện và để sạc pin, như đèn pin, điện thoại di động, tivi màn hình phẳng và xe điện. Dòng điện một chiều có dấu cộng hoặc dấu trừ và có thể được biểu thị bằng một đường chấm hoặc đoạn thẳng.
Dòng điện một chiều
Tác dụng của dòng điện
Khi dòng điện chạy trong mạch sẽ tạo ra nhiều tác dụng khác nhau, có thể kể đến như tác dụng nhiệt, chiếu sáng, hóa học,…
Tác dụng nhiệt
Khi dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc điện trở, các electron chuyển động trong đó tạo ra nhiệt. Quá trình này có thể được giải thích bằng việc vượt qua lực cản trong dây dẫn sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng. Hầu hết các thiết bị sử dụng điện như bình đun nước, lò nướng bánh mì, bàn là, lò sưởi,… đều hoạt động dựa trên việc chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt lượng. Do đó, các thiết bị điện (bao gồm cả dây nối) thường trở nên ấm khi được sử dụng trong mạch điện.
Tác dụng nhiệt của dòng điện
Lượng nhiệt được tạo ra sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
- Lượng dòng điện chạy qua: Lượng dòng điện càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra cũng sẽ càng cao. Tuy nhiên, giới hạn an toàn cho dòng điện sẽ phụ thuộc vào đường dẫn và thiết bị được sử dụng, vì vậy việc sử dụng dòng điện quá lớn có thể dẫn đến mất an toàn cho người sử dụng và thiết bị.
- Kích thước của dây dẫn: Kích thước càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra càng ít. Điều này liên quan đến đường kính của dây dẫn, vì cách để điện truyền qua dây dẫn sẽ giảm khi đường kính dây càng lớn, từ đó giảm nhiệt lượng tỏa ra.
- Loại vật liệu dẫn được sử dụng: Một số vật liệu có khả năng dẫn điện tốt hơn sẽ tạo ra ít nhiệt hơn. Ví dụ như đồng và nhôm là hai vật liệu dẫn điện thông dụng được sử dụng trong hầu hết các mạch điện, nhưng đồng có khả năng dẫn điện tốt hơn nên sẽ tạo ra ít nhiệt hơn so với nhôm khi cùng dòng điện chạy qua.
- Điện trở của vật dẫn: Điện trở càng cao thì nhiệt lượng tỏa ra càng cao. Điện trở là một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế các linh kiện điện tử và các mạch điện, bởi vì nó có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của các linh kiện và toàn bộ mạch điện.
- Thời gian mà dòng điện chạy qua vật dẫn: Dòng điện chạy trong vật dẫn càng lâu thì nhiệt lượng tỏa ra sẽ càng nhiều. Thời gian này phụ thuộc vào thiết kế của mạch điện và cách sử dụng của người dùng. Nếu mạch điện được thiết kế tốt và sử dụng đúng cách thì nhiệt độ sẽ được giữ ở mức an toàn và tránh tình trạng quá nóng gây hỏng hóc linh kiện và thiết bị điện.
Xem thêm: Phần Mềm Vẽ Mạch Điện Và Các Mạch Điện Công Nghiệp Cơ Bản
Tác dụng chiếu sáng
Dòng điện có tác dụng chiếu sáng thông qua hiện tượng phát nhiệt của nó. Khi dòng điện chạy qua một vật dẫn có điện trở cao, năng lượng của dòng điện sẽ được chuyển đổi thành nhiệt và phát ra ánh sáng. Các ứng dụng phổ biến của hiện tượng này bao gồm các loại đèn như đèn dây tóc và đèn Huỳnh Quang. Điều này có thể được giải thích bởi tính chất vật lý của các vật liệu dẫn điện, khi chịu ảnh hưởng của dòng điện chúng sẽ phát ra nhiệt và ánh sáng.
Tác dụng chiếu sáng của dòng điện
Tác dụng sinh lý
Tiếp xúc với dòng điện có thể có nhiều tác động khác nhau đến sức khỏe con người. Trong lĩnh vực sinh lý, dòng điện được ứng dụng để chữa trị bệnh thông qua các phương pháp như kích thích nhịp tim và kỹ thuật châm cứu. Tuy nhiên, để cơ thể tương tác với dòng điện, cần xét đến nhiều yếu tố như điện trở của da, hiệu điện thế, lượng dòng điện, cường độ và thời gian tiếp xúc.
Bên cạnh đó, việc tiếp xúc với dòng điện cũng có thể gây ra nhiều tác hại đến sức khỏe. Đầu tiên, dòng điện có thể gây gián đoạn hoạt động bình thường của hệ thần kinh và cơ bắp. Thứ hai, khi dòng điện đi qua cơ thể, nó được chuyển hóa thành nhiệt năng và có thể gây bỏng nghiêm trọng cho cả bên trong cơ thể và trên da. Do đó, cần phải hết sức cẩn trọng khi tiếp xúc với dòng điện để tránh các tác động đáng tiếc đến sức khỏe.
Tác dụng sinh lý của dòng điện
Tác dụng từ
Khi dòng điện chạy qua một vật dẫn, nó sẽ tạo ra hiện tượng từ trường xung quanh dây dẫn. Hiện tượng này giống như một lớp cách điện, có thể quan sát được bằng việc đặt một la bàn gần dây dẫn có dòng điện. Nếu dòng điện tăng, từ trường cũng tăng và ngược lại. Tác dụng từ của dòng điện được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như động cơ điện, chuông cửa và chuông kêu. Các thiết bị này sử dụng từ trường tạo ra từ dòng điện để hoạt động.
Tác dụng hóa học
Khi dòng điện chạy qua chất điện phân như dung dịch đồng sunfat, cả điện tử và ion đồng dương đều sẽ dẫn điện, gây ra hiện tượng “điện phân”. Quá trình này thường xảy ra trong dung dịch và các tác động khác nhau có thể quan sát được tùy thuộc vào bản chất của dung dịch và điện cực được sử dụng. Ví dụ như thay đổi màu sắc của dung dịch, kim loại đóng cặn trên điện cực và sự giải phóng khí hoặc tạo bọt trong dung dịch. Quá trình điện phân có nhiều ứng dụng trong hóa học, trong đó mạ điện là một ứng dụng phổ biến.
Tác dụng hóa học của dòng điện
Trên đây là bài viết của Điện Châu Á đã giúp bạn hiểu được dòng điện là gì. Hy vọng những thông tin trên đã giúp bạn có cái nhìn tổng quan về dòng điện và các tác dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày.
