Dòng điện là gì? Phân loại và các cách đo dòng điện

Dòng điện là cụm từ rất quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày. Chúng là một nguồn năng lượng vô cùng quan trọng và không thể thiếu để các thiết bị, máy móc hoạt động. Do đó, việc tìm hiểu về dòng điện là gì rất cần thiết. Và trong bài viết ngày hôm nay, LabVIETCHEM sẽ giúp các bạn trả lời câu hỏi này một cách chi tiết nhất.

Dòng điện là gì?

Dòng điện là gì? Nguồn gốc của dòng điện

 Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện tạo ra là do sự chuyển dịch của các electron chạy dọc theo dây dẫn. Các hạt mang điện có thể là các ion hoặc chất điện ly. Đối với plasma thì cả ion và electron đều đóng vai trò là hạt mang điện. Vật liệu dẫn điện bao gồm một số lượng lớn electron tự do di chuyển ngẫu nhiên từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Chúng ta có thể hiểu một cách đơn giản là dòng điện giống như nước chảy qua một đường ống, nước trong ống sẽ đại diện cho điện tích và áp suất đại diện cho điện áp. Nước càng nhiều thì điện tích càng nhiều và áp suất (điện áp) ở cuối đường ống cũng sẽ cao.

Từ rất lâu, trước cả khi con người xuất hiện, dòng điện đã được hình hình dưới dạng các tia sét do các đám mây tích điện trái dấu phóng xuống mặt đất. Tuy nhiên, đến tận thế kỷ 17, 18 thì những lý thuyết về điện mới được hình thành và phát triển. Đó là những kiến thức để giải thích hiện tượng sét tự nhiên chứ chưa ai có thể áp dụng vào thực tế.

Dòng điện sinh ra từ các tia sét

Mãi đến cuối thế kỷ 19, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp năng lượng, dòng điện mới bắt đầu được khai thác và ứng dụng rộng rãi vào đời sống sản xuất của con người. Chúng được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống như ẩm thực, giao thông, xây dựng, kinh tế, giáo dục,…và ngành công nghiệp năng lượng điện năng hiện đang được xem là ngành xương sống trong thế giới hiện đại của con người.

Cường độ dòng điện là gì?

Cường độ dòng điện là một đại lượng đặc trưng, biểu thị cho độ mạnh yếu của dòng điện và số lượng điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian nhất định (thường là 1 giây). Dòng điện càng yếu thì cường độ dòng điện càng yếu và ngược lại.

Ký hiệu của cường độ của dòng điện là I và có đơn vị là Ampe (ký hiệu A). Đơn vị tính này được đặt theo tên nhà Vật lý và toán học người Pháp là André Marie Ampère. 1 A sẽ tương ứng với các dòng chuyển động của 6,24150948 và 1 A = 1000 mA.

Các công thức tính cường độ dòng điện

1. Công thức tính cường độ dòng điện của dòng điện không đổi

Công thức 1

I = Q/t = (q1 + q2 + q3+…+qn) /t

Cường độ dòng điện trung bình chạy trong dây dẫn trong một khoảng thời gian được xác định bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian đang xét. Cụ thể như sau:

I tb = ΔQ / Δt 

Trong đó:

• I tb: Cường độ dòng điện trung bình (A)
• ΔQ: Điện lượng dịch chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian Δt ( C - coulomb)
• Δt: Khoảng thời gian được xét (s)

Nếu khoảng thời gian đang xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời lúc đó xác định theo công thức I=dQ/dt

Công thức 2

I = P : U

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện (A)
• P là công suất tiêu thụ của thiết bị điện (W)
• U là hiệu điện thế (V)

2. Công thức tính cường độ dòng điện theo định luật ôm

Theo định luật Ôm, ta có cường độ dòng điện chạy qua một điện trở (hoặc các thiết bị Ôm) tuân theo quy tắc:

I = U/ R

Trong đó

• I là cường độ dòng điện (A)
• U là hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở (V)
• R là điện trở, đo bằng Ôm

3. Công thức tính cường độ dòng điện trong đoạn mạch theo định luật ôm

- Điện trở mắc nối tiếp: I = I1 = I2 = … = In

- Điện trở mắc song song: I = I1 + I2 + … + In

4. Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng

I=I0/√2

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện hiệu dụng (A)
• I0 là cường độ dòng điện cực đại (A)

5. Công thức tính cường độ dòng điện bão hòa

I = n.e

Trong đó e là điện tích electron

6. Công thức tính cường độ dòng điện 3 pha

I = P/(√3 x U x coshi x hiệu suất)

Trong số đó:

• I là dòng điện (A)
• P là công suất động cơ (W)
• U là điện áp sử dụng (V)

Phân loại dòng điện

Dòng điện hiện nay được phân ra làm hai loại là dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC). 

1. Dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều (Direct Current) là dòng điện chạy trong dây dẫn theo một hướng cố định dù cường độ có tăng hay giảm với độ lớn của dòng điện luôn không đổi và tần số của dòng điện bằng 0. Chiều dòng điện một chiều được quy ước là đi từ dương sang âm và nó được tạo ra từ nguồn pin, ắc quy, năng lượng mặt trời.

Chiều của dòng điện một chiều không đổi

Dòng điện một chiều được sử dụng trong một số thiết bị như điện thoại di động, xe điện, pin, sạc điện thoại, bình ắc quy,thiết bị điện tử,…Kí hiệu của dòng điện một chiều là DC. Đối với thiết bị sử dụng dòng điện DC thì sẽ có ký hiệu âm (-) và dương (+).

2. Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều (Alternating Current) là dòng điện có chiều và độ lớn biến đổi theo thời gian, các electron tự do sẽ di chuyển theo 2 hướng và thường có chu kỳ nhất định. Dòng điện xoay chiều trong mạch sẽ chạy theo một chiều và sau đó chạy theo chiều ngược lại theo định kỳ. Khi nhắc đến dòng điện xoay chiều, chúng ta thường nhắc đến tần số, chu kỳ và giá trị của dòng điện có thể chuyển đổi từ giá trị cao sang giá trị thấp bằng máy biến áp. Vì vậy, dòng điện xoay chiều chủ yếu được dùng để truyền tải và phân phối. 

Đặc điểm của dòng điện xoay chiều

Phần lớn các thiết bị điện gia dụng hiện nay sử dụng điện xoay chiều, cụ thể như: máy lạnh, tủ lạnh, nồi cơm điện, máy giặt, bếp điện, tivi, bóng đèn huỳnh quang…. Kí hiệu của dòng điện xoay chiều là AC hoặc (~).

Tác dụng của dòng điện

Dòng điện có ba tác dụng chính là nhiệt, từ trường và hóa học.

- Tác dụng nhiệt: Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn, nhiệt độ của dây dẫn tăng lên. Đây là hiệu ứng làm nóng của dòng điện và nó được ứng dụng trong bóng đèn điện, máy nước nóng, bàn là điện,…

- Tác dụng từ: Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn. Đây được gọi là hiệu ứng từ của dòng điện. Các thiết bị hoạt động trên hiệu ứng từ của dòng điện là: động cơ điện và nam châm điện.

- Tác dụng hóa học: Năm 1800, William Nicholson - một nhà hóa học người Anh đã chỉ ra rằng khi ngâm các điện cực trong nước và truyền dòng điện qua nước, các bong bóng oxy được sinh ra ở điện cực nối với cực dương và bong bóng hydro được hình thành ở điện cực nối với cực âm. Nguyên nhân là do một số phản ứng hóa học đã xảy ra khi dòng điện được truyền qua dung dịch dẫn điện. Nó chính là hiệu ứng hóa học của dòng điện. Ngoài hiện tượng xuất hiện bong bóng tại điện cực, cặn kim loại cũng có thể được nhìn thấy trên các điện cực hoặc dung dịch sẽ bị đổi màu.

Ngoài ra, dòng điện còn có tác dụng phát sáng một số loại đèn Led, đèn bút thử điện và tác dụng sinh lý khi chạy qua cơ thể người, động vật.

Cách đo dòng điện

1. Sử dụng Ampe kế 

Cấu tạo của Ampe kế

- Mắc Ampe kế nối tiếp với vật cần đo cường độ dòng điện.

- Cực dương của Ampe kế mắc với cực dương của nguồn điện. Tuyệt đối KHÔNG mắc 2 chốt của Ampe trực tiếp vào 2 cực của nguồn điện để tránh làm hỏng Ampe kế và nguồn điện.

- Mắc cực âm của Ampe kế với cực âm của nguồn điện.

Khi sử dụng Ampe kế cần chọn loại có giới hạn đo phù hợp với kết quả cần đo và Ampe có độ chia nhỏ nhất càng nhỏ thì độ chính xác của kết quả đo cường độ dòng điện càng cao.

2. Sử dụng đồng hồ vạn năng

Hình ảnh đồng hồ vạn năng

Đối với dòng điện một chiều

- Cắm que đo màu đen vào đầu COM còn que đo màu đỏ vào đầu dương (+).

- Đặt chuyển mạch của đồng hồ vạn năng ở thang DC.A - 250mA.

- Ngắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm.

- Kết nối que đo màu đỏ của đồng hồ vạn năng về phía cực dương  (+) và que đo màu đen về phía cực âm (-) theo chiều của dòng điện trong mạch thí nghiệm. Mắc đồng hồ vạn năng nối tiếp với mạch thí nghiệm.

- Bật nguồn cho dòng điện chạy trong mạch thí nghiệm.

- Nếu kết quả đo nhỏ hơn 25mA, đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A - 25mA để kết quả đo được chính xác hơn. Còn nếu kết quả đo nhỏ hơn 2,5mA thì đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A - 2,5mA.

- Đọc và tính giá trị: Đọc trên cung chia độ C và tính giá trị bằng cách nhân số chỉ của kim trên cung chia độ với thang đo và chia cho giá trị cực đại trên cung chia độ đó.

Đối với dòng điện xoay chiều

- Cắm que đo màu đen vào đầu COM còn que đo màu đỏ cắm vào đầu AC - 15A.

- Đặt chuyển mạch của đồng hồ vạn năng ở thang AC - 15A.

- Ngắt nguồn điện trong các mạch thí nghiệm.

- Kết nối 2 que đo của đồng hồ vạn năng về phía 2 điểm cần đo dòng điện trong mạch thí nghiệm.

- Bật nguồn cho dòng điện chạy trong mạch thí nghiệm.

- Đọc và tính giá trị: Đọc trên cung chia độ E15và tính giá trị bằng cách nhân số chỉ của kim trên cung chia độ nhân với thang đo và chia cho giá trị cực đại trên cung chia độ đó.

Trên đây là một số thông tin về dòng điện mà LabVIETCHEM muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng rằng, qua bài viết này, các bạn đã hiểu được dòng điện là gì, tác dụng của dòng điện ra sao và biết cách đo dòng điện một cách chính xác.