Giải Vật lí 11 Bài 1 (Cánh diều): Cường độ dòng điện

Giải Vật lí 11 Bài 1: Cường độ dòng điện

Giải Vật Lí 11 trang 86

Mở đầu trang 86 Vật Lí 11: Muốn truyền năng lượng điện từ nơi này đến nơi khác người ta dùng dây dẫn để truyền dòng điện. Với một đường dây dẫn diện, năng lượng điện truyền trên dây càng lớn, dòng điện chạy trong dây càng mạnh. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Lời giải:

Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng là cường độ dòng điện.

I. Chuyển động có hướng của hạt mang điện

Câu hỏi 1 trang 86 Vật Lí 11: Các hạt mang điện trong kim loại có đặc điểm gì?

Lời giải:

Các hạt mang điện trong kim loại là các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn.

Giải Vật Lí 11 trang 87

Câu hỏi 2 trang 87 Vật Lí 11: Tại sao các electron chuyển động có hướng khi nối dây dẫn với nguồn điện?

So sánh chiều chuyển động thành dòng của các electron trong kim loại với chiều dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn.

Lời giải:

- Khi nối dây dẫn với nguồn điện, có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu kim loại, nguồn điện tác dụng lực lên các electron dẫn làm chúng vừa chuyển động hỗn loạn vừa di chuyển theo chiều từ cực âm hướng về cực dương.

- Chiều chuyển động thành dòng của các electron trong kim loại ngược với chiều dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn.

+ Chiều của dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn là chiều từ cực dương của nguồn điện đang tạo ra dòng điện, qua dây dẫn đến cực âm của nguồn điện.

+ Chiều của các electron là chiều từ cực âm đến cực dương.

Câu hỏi 3 trang 87 Vật Lí 11: Tại sao các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau?

Lời giải:

Các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau vì dưới tác dụng của điện trường do nguồn điện tạo ra, ion dương bị hút về phía cực âm nên sẽ chuyển động cùng chiều điện trường đi về phía cực âm, ion âm bị hút về phía cực dương nên chuyển động ngược chiều điện trường đi về phía cực dương.

Câu hỏi 4 trang 87 Vật Lí 11: Dòng điện có thể chạy qua nước sông, nước máy không? Tại sao?

Lời giải:

Dòng điện hoàn toàn có thể chạy qua nước sông, nước máy vì trong nước sông, nước máy có lẫn rất nhiều các hạt mang điện, các ion kim loại, ….

II. Cường độ dòng điện

Giải Vật Lí 11 trang 88

Luyện tập 1 trang 88 Vật Lí 11: Kể tên một số thiết bị điện. Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng nào của dòng điện?

Thiết bị này hoạt động mạnh khi nào?

Lời giải:

- Một số thiết bị điện: bóng đèn sợi đốt, bàn là, nồi cơm điện, …

- Bóng đèn sợi đốt hoạt động dựa trên tác dụng phát sáng của dòng điện.

- Bàn là hoạt động dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện.

- Nồi cơm điện hoạt động dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện.

- Các thiết bị này hoạt động mạnh khi cường độ dòng điện qua chúng tăng lên.

Luyện tập 2 trang 88 Vật Lí 11: Nối hai đầu một đèn sợi đốt vào hai cực của một viên pin.

– Chiều và cường độ dòng điện qua đèn có thay đổi theo thời gian không?

– Cho biết trong 4 s có điện lượng 2 C chạy qua đèn. Xác định cường độ dòng điện chạy qua đèn.

Lời giải:

- Chiều và cường độ dòng điện qua đèn không thay đổi theo thời gian.

- Cường độ dòng điện chạy qua đèn: $I=\frac{q}{t}=\frac{2}{4}=\mathrm{0,5}A$.

Thực hành, khám phá trang 88 Vật Lí 11: Cho các dụng cụ: 01 đồng hồ đo điện đa năng, 01 pin 1,5 V, 01 biến trở 100 Ω, 01 bóng đèn sợi đốt loại 1,5V, dây điện, công tắc, bảng để lắp mạch điện.

Thực hiện thí nghiệm minh hoạ cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện.

Lời giải:

Với các dụng cụ thí nghiệm trên ta có thể đưa ra phương án như sau:

Mắc các thiết bị đã cho thành sơ đồ mạch điện như hình vẽ dưới đây:

Thực hiện thí nghiệm: Thay đổi điện trở của biến trở bằng cách di chuyển con chạy sẽ thấy đèn sáng mạnh yếu khác nhau vì điện trở của toàn mạch đã bị thay đổi dẫn đến cường độ dòng điện qua đèn thay đổi.

Giải Vật Lí 11 trang 89

Tìm hiểu thêm trang 89 Vật Lí 11: Dòng điện không đổi là dòng điện một chiều. Nhưng ngược lại thì không đúng. Có những dòng điện không đổi chiều nhưng lại có cường độ thay đổi, ví dụ như xung điện một chiều trong vật lí trị liệu. Hãy tìm hiểu thêm về đặc điểm của xung điện một chiều.

Lời giải:

Một số dạng xung điện một chiều

- Xung tam giác

- Xung hình chữ nhật

- Xung lưỡi cày

- Xung hình sin

Tác dụng sinh lí của dòng xung điện

- Tác dụng ức chế: giảm đau và giảm trương lực cơ.

- Tác dụng kích thích thần kinh cơ.

Luyện tập 3 trang 89 Vật Lí 11: Dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim loại có cường độ là 1 A. Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s.

Lời giải:

Số electron dịch chuyển: $n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{1.1}{{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{6,25.10}}^{18}$ (hạt)

Giải Vật lí 11 trang 90

Vận dụng trang 90 Vật Lí 11: Đoạn dây đồng có tiết diện thẳng 5.10^-6 m, mật độ electron dẫn 8,5.10²⁸/m³ và đang có cường độ dòng điện 1 A chạy qua. Tính tốc độ dịch chuyển có hướng của electron trong đoạn dây này. Giải thích tại sao tốc độ dịch chuyển có hướng của electron rất nhỏ.

Lời giải:

Tốc độ dịch chuyển có hướng:

$v=\frac{I}{Sne}=\frac{1}{{5.10}^{-6}{\mathrm{.8,5.10}}^{28}{\mathrm{.1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{1,47.10}}^{-5}\left(m/s\right)$

Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron rất nhỏ vì mật độ các electron rất lớn, bên cạnh đó trong quá trình dịch chuyển sẽ gặp phải các hạt mang điện dương, chúng sẽ tương tác với nhau.

Lý thuyết Cường độ dòng điện

I. Chuyển động có hướng của hạt mang điện

1. Hạt mang điện chuyển động trong kim loại

- Bên trong kim loại có các electron tự do chuyển động, chúng được gọi là các electron dẫn, bởi vì chúng là các hạt cho phép kim loại dẫn điện.

- Khi không có tác dụng của điện trường ngoài, các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn, không tạo ra dòng điện trong kim loại.

- Khi nguồn điện được nối với dây dẫn kim loại, nguồn điện tác dụng lực lên các electron dẫn làm cho chúng vừa chuyển động hỗn loạn vừa di chuyển theo chiều từ cực âm về cực dương.

- Chiều của dòng điện được quy ước là chiều từ cực dương của nguồn điện đang tạo ra dòng điện, qua dây dẫn đến cực âm.

2. Hạt mang điện chuyển động trong dung dịch chất điện phân

Dòng điện có thể chạy qua dung dịch muối, acid hoặc base; chúng được gọi chung là chất điện phân. Trong dung dịch, chất điện phân tách ra thành các ion trái dấu: ion dương và ion âm chuyển động tự do.

II. Cường độ dòng điện

1. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện

Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện và được đo bằng đơn vị ampe, kí hiệu là A.

Một số ước của đơn vị ampe:

1 mA = 10^-3 A

$1\mu A={10}^{-6}A$

2. Định nghĩa cường độ dòng điện

· Cường độ dòng điện được xác định bằng điện lượng (lượng điện tích) chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian

· Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian được gọi là dòng điện không đổi.

3. Tốc độ dịch chuyển có hướng của hạt mang điện

Tốc độ dịch chuyển có hướng của hạt mang điện: $v=\frac{I}{Sne}$

Trong đó:

- I là cường độ dòng điện

- n là mật độ hạt mang điện có điện tích e

- e là điện tích hạt mang điện

- S là tiết diện của dây dẫn

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài tập chủ đề 3 trang 83

Bài 1: Cường độ dòng điện

Bài 2: Điện trở

Bài 3: Nguồn điện, năng lượng điện và công suất điện

Bài tập chủ đề 4 trang 104