Điện là gì ? Dòng điện hoạt động thế nào ?

Nếu bạn đã từng ngồi xem giông bão, với những tia sét mạnh mẽ phóng xuống từ bầu trời, bạn sẽ có một số ý tưởng về sức mạnh của điện. Một tia sét là một luồng điện đột ngột, lớn giữa bầu trời và mặt đất bên dưới. Năng lượng trong một tia sét đủ để thắp sáng 100 ngọn đèn công suất lớn trong cả ngày hoặc để tạo ra vài trăm nghìn lát bánh mì nướng.

Điện là nguồn năng lượng linh hoạt nhất mà chúng ta có. Đây cũng là một trong phát minh ứng dụng nhiều nhấ: Chúng ta sử dung điện chưa quá 100 năm. Điện đã đóng một phần quan trọng trong quá khứ của chúng ta.. Nhưng nó có thể đóng một vai trò khác trong tương lai của chúng ta, với nhiều tòa nhà khác tạo ra năng lượng điện tái tạo của riêng họ bằng cách sử dụng pin mặt trời và tua-bin gió. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về điện và tìm hiểu làm thế nào nó hoạt động!

Điện là gì ? Dòng điện hoạt động thế nào ?

Điện là một loại năng lượng có thể tích tụ ở nơi này hoặc chảy từ nơi này sang nơi khác. Khi điện tập hợp ở một nơi, nó được gọi là tĩnh điện (từ tĩnh có nghĩa là một cái gì đó không di chuyển); điện di chuyển từ nơi này sang nơi khác được gọi là dòng điện.

Tĩnh điện là gì ?

Tĩnh điện thường xảy ra khi bạn chà xát mọi thứ với nhau. Nếu bạn chà một quả bóng bay vào áo thun của bạn 20 hoặc 30 lần, quả bóng sẽ dính vào tay bạn. Điều này xảy ra bởi vì cọ xát quả bóng mang lại cho nó một điện tích (một lượng điện nhỏ). Điện tích làm cho nó dính vào áo thun của bạn như nam châm, vì áo thun của bạn có được điện tích trái dấu. Vì vậy, áo thun của bạn và quả bóng thu hút lẫn nhau giống như hai đầu đối diện của hai nam châm.

Tia sét đánh xuống bầu trời đêm 

Bạn đã bao giờ đi qua một tấm thảm nylon hoặc thảm và cảm thấy một cảm giác ngứa nhẹ? Sau đó chạm vào thứ gì đó bằng kim loại, như núm cửa hoặc vòi  và cảm thấy đau nhói ở tay? Đó là một ví dụ về một cú sốc điện. Khi bạn đi ngang qua tấm thảm, bàn chân của bạn đang cọ sát vào nó. Cơ thể bạn dần dần tích tụ một điện tích, đó là cảm giác ngứa ran mà bạn có thể cảm nhận được. Khi bạn chạm vào kim loại, điện tích sẽ chạy ngay lập tức chạy xuống đất và đó là cú sốc mà bạn cảm thấy.

Sét cũng được gây ra bởi tĩnh điện. Khi những đám mây mưa di chuyển trên bầu trời, chúng cọ xát với không khí xung quanh chúng. Điều này làm cho nó xây dựng một điện tích khổng lồ. Cuối cùng, khi điện tích đủ lớn, nó nhảy xuống mặt đất như một tia sét. Bạn có thể thường xuyên cảm thấy ngứa ran trong không khí khi một cơn bão đang nổi lên gần đó. Đây là điện trong không khí xung quanh bạn. Tìm hiểu thêm về điều này trong bài viết của chúng tôi về tụ điện.

Làm thế nào tĩnh điện hoạt động

Điện được gây ra bởi các electron, các hạt nhỏ “quỹ đạo” xung quanh các cạnh của nguyên tử, từ đó mọi thứ được tạo ra. Mỗi electron có điện tích âm nhỏ. Một nguyên tử thường có số electron và proton bằng nhau (các hạt tích điện dương trong hạt nhân hoặc trung tâm của nó), vì vậy các nguyên tử không có điện tích tổng thể. Một miếng cao su được làm từ các miếng lớn các nguyên tử gọi là phân tử. Vì các nguyên tử không có điện tích, nên các phân tử không có điện tích hoặc cả cao su.

Giả sử bạn chà một quả bóng trên áo thun của bạn nhiều lần. Khi bạn di chuyển quả bóng trở lại và về phía trước, bạn cung cấp cho nó năng lượng. Năng lượng từ bàn tay của bạn làm cho quả bóng di chuyển. Khi nó cọ sát vào len trong áo thun của bạn, một số electron trong các phân tử cao su bị đánh bật và tập trung lại trên cơ thể bạn. Điều này làm cho quả bóng bay có quá ít electron. Vì các electron được tích điện âm, việc có quá ít electron làm cho quả bóng tích điện nhẹ. Trong khi đó, áo thun của bạn có được các electron bổ sung này và trở nên tích điện âm. Áo thun của bạn được tích điện âm và quả bóng được tích điện dương. Đó là một giới thiệu rất ngắn gọn về tĩnh điện. Bạn sẽ tìm thấy nhiều hơn về nó (và tại sao nó gây ra bởi một thứ gọi là điện áp cao) trong bài viết chính của tôi về tĩnh điện.

Dòng điện 

Bạn đã nghe nói về các thuật ngữ thế năng và động năng? Thế năng có nghĩa là năng lượng được lưu trữ bằng cách nào đó để sử dụng trong tương lai. Một chiếc xe hơi trên đỉnh đồi có thế năng, bởi vì nó có tiềm năng (hoặc khả năng) để lăn xuống ngọn đồi trong tương lai. Khi nó lăn xuống đồi, thế năng của nó dần dần được chuyển thành động năng (năng lượng mà một thứ gì đó có được vì nó đang chuyển động).

Tĩnh điện và dòng điệni giống như năng lượng thế năng và động năng. Khi điện tập hợp ở một nơi, nó có tiềm năng để làm một cái gì đó trong tương lai. Điện được lưu trữ trong pin là một ví dụ về năng lượng điện. Bạn có thể sử dụng năng lượng trong pin để cung cấp năng lượng cho đèn pin, ví dụ. Khi bạn bật đèn pin, pin bên trong bắt đầu cung cấp năng lượng điện cho đèn, khiến nó phát sáng. Tất cả thời gian đèn được bật, năng lượng đang chảy từ pin sang đèn. Theo thời gian, năng lượng được lưu trữ trong pin dần dần biến thành ánh sáng (và nhiệt) trong đèn.

Mạch điện

Để một dòng điện xảy ra, phải có một mạch điện. Một mạch là một đường dẫn kín hoặc vòng quanh mà dòng điện chạy qua. Một mạch thường được thực hiện bằng cách liên kết các thành phần điện với nhau bằng các đoạn dây cáp. Do đó, trong một đèn pin, có một mạch đơn giản với một công tắc, đèn và pin được liên kết với nhau bằng một vài đoạn dây đồng ngắn. Khi bạn bật công tắc, dòng điện chạy quanh mạch. Nếu có sự cố bất cứ nơi nào trong mạch, điện không thể chảy. Nếu một trong các dây bị hỏng, ví dụ, đèn sẽ không sáng. Tương tự, nếu tắt công tắc, không có điện có thể chảy. Đây là lý do tại sao một công tắc đôi khi được gọi là bộ ngắt mạch.

Làm thế nào điện di chuyển trong một mạch ?

Các vật liệu như kim loại đồng dẫn điện (cho phép nó chảy tự do) được gọi là dây dẫn. Các vật liệu không cho phép điện đi qua chúng dễ dàng như cao su và nhựa được gọi là chất cách điện. Điều gì làm cho đồng trở thành một chất dẫn điện và cao su?

Một dòng điện là một dòng điện tử ổn định. Khi các electron di chuyển từ nơi này sang nơi khác, vòng quanh một mạch, chúng mang năng lượng điện từ nơi này sang nơi khác như những con kiến ​​diễu hành mang theo lá cây. Thay vì mang theo lá cây, các điện tử mang một lượng điện tích nhỏ.

Điện có thể đi qua một cái gì đó khi cấu trúc của nó cho phép các electron di chuyển qua nó một cách dễ dàng. Các kim loại như đồng có các electron “tự do” không liên kết chặt chẽ với các nguyên tử gốc của chúng. Những electron này chảy tự do trong toàn bộ cấu trúc của đồng và đây là yếu tố cho phép dòng điện chạy qua.

Trong cao su, các electron liên kết chặt chẽ hơn. Không có elctron  “tự do” và kết quả là, điện hoàn toàn không thực sự chảy qua cao su. Các dây dẫn cho phép dòng điện tự do được cho là có độ dẫn cao và điện trở thấp. Chất cách điện không cho phép dòng điện chạy ngược lại: chúng có độ dẫn thấp và điện trở cao.

Để dòng điện chạy qua, cần phải có một cái gì đó để đẩy các electron theo. Đây được gọi là suất điện động (EMF). Một pin hoặc ổ cắm điện tạo ra lực điện động làm cho dòng điện tử chảy. Một suất điện động được gọi là điện áp.

Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều

Điện có thể di chuyển xung quanh một mạch theo hai cách khác nhau. Bạn có thể thấy các electron chạy vòng quanh như một chiếc xe đua trên đường đua, luôn đi cùng một hướng. Loại điện này được gọi là dòng điện một chiều (DC) và hầu hết các đồ chơi và thiết bị nhỏ đều có mạch hoạt động theo cách này… Trong công nghiệp các thiết bị đa phần dùng địện DC như các dòng chuyển đổi tín hịệu, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức...

Các thiết bị lớn hơn trong nhà bạn sử dụng một loại điện khác gọi là dòng điện xoay chiều (AC). Thay vì luôn luôn di chuyển theo cùng một cách, các electron liên tục đảo ngược hướng đi khoảng 50 lần 60 lần mỗi giây. Mặc dù bạn có thể nghĩ rằng điều đó khiến năng lượng không thể được mang theo trong một mạch, nhưng không! Lấy bóng đèn pin trong mạch trên. Với dòng điện một chiều DC, các electron mới tiếp tục truyền qua dây tóc (một đoạn dây mỏng bên trong bóng đèn), làm cho nó nóng lên và phát ra ánh sáng.

Với dòng điện xoay chiều AC, cùng các electron cũ rít qua lại trong dây tóc. Bạn có thể nghĩ về chúng chạy tại chỗ, làm nóng dây tóc để nó vẫn phát ra ánh sáng rực rỡ mà chúng ta có thể nhìn thấy. Vì vậy, cả hai loại dòng điện có thể làm cho đèn hoạt động mặc dù chúng chảy theo những cách khác nhau. Hầu hết các thiết bị điện khác cũng có thể hoạt động bằng cách sử dụng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều, mặc dù một số mạch cần phải thay đổi AC thành DC (hoặc ngược lại) để hoạt động chính xác.

Như trên là một số chia sẻ của mình về Điện và dòng điện. Bài viết có thể còn một số điểm chưa hoàn hảo. Mong các bạn thông cảm. Xin cám ơn.

Người Viết : Quốc Nguyễn