Công thức tính cường độ dòng điện là một trong những kiến thức cơ bản trong môn Vật lí lớp 11. Công thức này giúp bạn hiểu rõ về khái niệm và cách tính cường độ dòng điện, bao gồm cả các ví dụ minh họa và bài tập thực hành.
Tìm hiểu công thức tính cường độ dòng điện sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức để giải các bài tập Vật lí một cách hiệu quả. Đồng thời, bạn cũng hiểu được tầm quan trọng của cường độ dòng điện trong việc đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và sức khỏe con người.
I. Cường độ dòng điện là gì?
Đơn giản nhất, cường độ dòng điện là chỉ số đo độ mạnh yếu của dòng điện trong mạch điện. Nó cũng thể hiện số lượng điện tử đi qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian cụ thể. Cường độ càng lớn thì dòng điện càng mạnh và ngược lại.
Hoặc: Cường độ dòng điện là chỉ số quan trọng thể hiện sức ảnh hưởng của dòng điện. Nó được tính bằng tỉ lệ giữa lượng điện ∆q di chuyển qua tiết diện của vật dẫn trong một khoảng thời gian ∆t.
Cường độ dòng điện không đổi
Cường độ dòng điện không đổi đề cập đến cường độ dòng điện giữ nguyên giá trị qua thời gian.
Cường độ dòng điện hiệu dụng
Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều được xác định bằng giá trị của một dòng điện không đổi khi đi qua cùng một điện trở R, khiến công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó bằng nhau.
II. Đơn vị đo cường độ dòng điện là gì?
- Cường độ dòng điện được đo bằng đơn vị ampe, kí hiệu là A.
- 1 ampe tương đương với dòng chuyển động của 6,24150948 điện tử mỗi giây.
- Dụng cụ đo cường độ dòng điện là gì? - Đó là ampe kế.
III. Ký hiệu cường độ dòng điện là gì?
a. Kí hiệu cường độ dòng điện
Đơn vị đo cường độ dòng điện là Ampe, viết tắt là A. Ký hiệu của cường độ dòng điện là I, theo tiêu chuẩn đo lường quốc tế SI.
Đơn vị đo cường độ dòng điện được đặt theo tên nhà vật lý và toán học nổi tiếng người Pháp André Marie Ampère. Ông đã chế tạo ra nhiều thiết bị đo lường cho thí nghiệm của mình, đó cũng là tiền thân của Ampe kế và là dụng cụ đo độ lớn của dòng điện.
Một đơn vị Ampe tương đương với dòng chuyển động của 6,24150948.10^18 điện tử (tương đương 1 culong) qua 1 diện tích dây dẫn trong 1 giây. Công thức là 1A = 1C/s.
Các loại ampe kế phổ biến ngày nay bao gồm: ampe kế đo AC/DC, ampe kế đo dòng điện, ampe kế dùng để đo điện trở cách điện, ampe kế đo điện trở đất hoặc miliampe kế, còn được gọi là dòng đo miliampe.
b. Hướng của dòng điện
Dòng điện được xác định là sự chuyển dời của các điện tích dương. Do đó, trong mạch điện kim loại, electron, mang điện tích âm, di chuyển ngược chiều với hướng dòng điện trong dây dẫn.
Dòng điện trong dây dẫn có thể di chuyển theo bất kỳ hướng nào. Khi có dòng điện I trong mạch, hướng của nó thường được đánh dấu bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện. Đây là hướng tham chiếu của dòng điện I. Nếu dòng điện di chuyển ngược với hướng tham chiếu, thì I sẽ có giá trị âm.
IV. Công thức tính cường độ dòng điện
1. Công thức tính cường độ dòng điện khi dòng điện không đổi
- I là cường độ dòng điện không đổi (A)
- q là lượng điện chuyển qua diện tích phẳng của vật dẫn (C)
- t là thời gian mà lượng điện chuyển qua diện tích phẳng của vật dẫn (s)
2. Công thức tính dòng điện hiệu dụng mạnh mẽ:
Trong trường hợp này:
- I là cường độ dòng điện hiệu dụng
- I
3. Công thức tính dòng điện theo quy tắc ôm
Trong trường hợp này:
I: Cường độ dòng điện (đơn vị A)
U: Điện áp (đơn vị V)
R: Điện trở (đơn vị Ω)
4. Cường độ dòng điện trong mạch theo quy tắc ôm
Khi nối tiếp: I = I1 = I2 = … = In
Khi song song: I = I1 + I2 + … + In
5. Cường độ dòng điện trung bình
Trong trường hợp này:
- Itb là biểu tượng của cường độ dòng điện trung bình (A)
- Δt là biểu tượng của một khoảng thời gian nhỏ
- ΔQ là lượng điện được xét trong Δt
6. Công thức tính cường độ dòng điện cực đại
I0 = I. √2
Trong trường hợp này:
- I0 là cường độ dòng điện cực đại
7. Cường độ dòng điện bão hòa
I=n.e
Trong trường hợp này:
- e là điện tích của electron
Liên kết giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của I vào U là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ ( U=0, I=0)
Nếu hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn tăng (hoặc giảm) n lần, thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn cũng tăng (hoặc giảm) n lần
Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tăng theo tỉ lệ với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn đó.
V. Ví dụ minh họa về cường độ dòng điện
Ví dụ 1: Chuyển đơn vị cho các giá trị sau đây:
a) 0,35A = ….mA
b) 25mA = …. A
c) 1,28A = …..mA
d) 32mA = …. A
Giải đáp
a. 0,35A = 350 mA
b. 425mA = 0.425A
c. 1,28A = 1280 mA
d. 32mA = 0,032A
Ví dụ 2: Trong hình 24.1 là một mặt số của ampe kế. Hãy xác định:
a) Phạm vi đo của ampe kế
b) Độ phân giải nhỏ nhất
c) Số chỉ của ampe kế khi kim ở vị trí (1)
d) Số chỉ của ampe kế khi kim ở vị trí (2)
Giải thích:
a) Phạm vi đo là 1,6A
b) Độ phân giải nhỏ nhất là 0,1A
c) I1 = 0,4A
d) I2 = 1.4A
Ví dụ 3:
Khi kết nối một tụ điện có dung lượng 2μF vào mạng điện xoay chiều với điện áp 220V và tần số 50 Hz, cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ điện là bao nhiêu?
Giải thích:
Tần số góc: ω = 2πf = 100π rad/s.
Dung kháng: Zc = 1/ωC = 1/ 100π.2.10-6 = 5000/π (Ω)
Vì chỉ có tụ điện trong mạch, nên cường độ dòng điện hiệu dụng được tính bằng công thức:
I = U/Zc = 220: 5000/π ≈ 0.14 A
Kết quả: 0.14 A
VI. Bài tập tính cường độ dòng điện
Bài 1: Trong 2 giây, có 1,50C điện lượng chuyển qua dây đốt của bóng đèn. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.
Bài 2: Một bộ pin của một thiết bị điện có thể cung cấp dòng điện là 2A liên tục trong 1 giờ.
a) Nếu bộ pin được sử dụng liên tục trong 4 giờ nhưng ở chế độ tiết kiệm năng lượng, hãy tính cường độ dòng điện mà bộ pin này có thể cung cấp.
b) Tính suất điện động của bộ pin nếu nó sinh ra 1 công là 72 KJ trong 1 giờ.
Bài 3: Trong 2 giây, số electron dịch chuyển qua 1 tiết diện thẳng của dây dẫn là 6,25.10^18 e. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
Bài 4: Một đoạn mạch gồm có điện trở R1 = 300Ω được mắc song song với điện trở R2 = 600Ω trong mạch có hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là 24V. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở.
Bài 5: Được cho hai điện trở R1 = 6Ω và R2 = 4Ω được kết nối nối tiếp và mắc vào mạch với hiệu điện thế là 20V.
Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở và hiệu điện thế qua mỗi điện trở.
Tính công suất tỏa nhiệt của mỗi điện trở và tổng công suất tỏa nhiệt của đoạn mạch. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R2 trong 10 phút.
VII. Ứng dụng của cường độ dòng điện
a. Duy trì độ bền và an toàn cho các thiết bị điện