Đại cương về dòng điện không đổi

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Đại cương về dòng điện không đổi, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Đại cương về dòng điện không đổi:
Dạng 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI A. Phương pháp giải + Cường độ dòng điện: I = 2g. Số electron: n + Mật độ dòng điện: i = Aq Trong đó: I là cường độ dòng điện, đơn vị là Ampe (A); S là tiết diện ngang của dây dẫn, đơn vị là m2; n là mật độ hạt, đơn vị là hạt/m; Aq là điện lượng (lượng điện tích); v là tốc độ trung bình của hạt mang điện (m/s). Với n = 1 gọi là mật độ hạt, đơn vị là hạt/m V là tốc độ trung bình của hạt mang điện (m/s) At A Chú ý: At hữu hạn thì I có giá trị trung bình, At rất nhỏ thì I là dòng điện tức thời 1 (dòng điện tại một thời điểm). + Suất điện động của nguồn điện: E = A = Eq = EIt q Trong đó: A là công mà nguồn điện (công lực lạ), đơn vị là Jun (J); q độ lớn điện tích, đơn vị là Cu-lông (C); E là suất điện động của nguồn điện, đơn vị là Vôn (V).
B. VÍ DU MẪU Ví dụ 1: Trong mỗi giây có 10° hạt electron đi qua tiết diện thắng của một ống phóng điện. Biết điện tích mỗi hạt có độ lớn bằng 1,6.10-19C. Tính: a) Cường độ dòng điện qua ống. b) Mật độ dòng điện, biết ống có tiết diện ngang là S = 1 cm2. Hướng dẫn giải a) Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang của ống dây: Aq = n|e = 10%.1,6.10-19 = 1,6.10-10 (C) + Dòng điện chạy qua ống dây: I = 1,6.10 (A) Δt b) Mật độ dòng điện: i = 1,6.10-61 Ví dụ 2: Một dòng điện không đổi có I = 4,8A chạy qua một dây kim loại tiết diện thắng S = 1cm2. Tính: a) Số êlectrôn qua tiết diện thắng của dây trong 1s. b) Vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của êlectrôn. Biết mật độ êlectrôn tự do n = 3.1028m. Hướng dẫn giải a) Số êlectrôn qua tiết diện thắng của dây trong 1s Ta có: I a ne n I 4,8.1 t t e 1,6.10-19 Vậy: Số êlectrôn qua tiết diện thắng của dây trong 1s là n = 3.1019. b) Vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của êlectrôn Ta có: Mật độ dòng điện: i = 3.1019 = I 4.8 = 10-m/s = 0,01 mm/s. Vậy vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của êlectrôn là v = 0,01mm/s.
Ví dụ 3: Pin Loclăng sẽ sản ra một công là 270 J khi dịch chuyển lượng điện tích là 180C giữa hai cực bên trong pin. Tính công mà pin sản ra khi dịch chuyển một lượng điện tích 40 (C) giữa hai cực bên trong pin. Hướng dẫn giải A 270 + Suất điện động của pin: E = q 180 = 1,5(V) + Công mà pin sản ra khi dịch chuyển một lượng điện tích 60 (C) giữa hai cực bên trong pin. Ta có: E = A = qE = 40.1,5 = 60J q Ví dụ 4: Một bộ acquy cung cấp một dòng điện 5A liên tục trong 4 giờ thì phải nạp lại. a) Tính cường độ dòng điện mà acquy này có thể cung cấp liên tục trong thời gian 12 giờ thì phải nạp lại. b) Tính suất điện động của acquy này nếu trong thời gian hoạt động trên nó sản sinh một công 1728 kJ. Hướng dẫn giải a) Mỗi acquy có một dung lượng xác định. Dung lượng của mỗi acquy là điện lượng lớn nhất mà acquy có thể cung cấp được khi nó phát điện. + Dung lượng của acquy: q = ItIt = It I b) Suất điện động của nguồn điện: E = A A q It 1728.103 5.4.3600.
C. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Tính số electron đi qua tiết diện thắng của dây dẫn trong 5 giây, biết rằng cường độ dòng điện qua dây dẫn là 2 A. Bài 2. Cường độ dòng điện không đổi chạy qua dây tóc của một bóng đèn là 0,64 A. a) Tính diện lượng dịch chuyển qua tiết diện thắng của dây tóc trong thời gian một phút. b) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thắng của dây tóc trong khoảng thời gian nói trên. Bài 3. Một dây dẫn hình trụ có bán kính tiết diện ngang là R = 0,5 mm. Hạt mang điện tự do trong dây dẫn là các electron tạo thành dòng điện không đổi có cường độ I = 1,57 A. Biết độ lớn điện tích của mỗi hạt electron là 1,6.10-1°C. Lấy = 3,14. a) Tính điện lượng chuyển qua tiết diện ngang của dây trong thời gian 5s. b) Tính mật độ dòng điện và số electron đi qua tiết diện ngang của dây dẫn trong thời gian 10s. c) Tính vận tốc trung bình của các electron tạo nên dòng điện, biết mật độ electron tự do là n = 5.1028 hạt/m.
Bài 4. Một dây dẫn kim loại có các electron tự do chạy qua và tạo thành một dòng điện không đổi. Dây có tiết diện ngang S = 0,6 mm2, trong thời gian 10 s có điện lượng q = 9,6 C đi qua. Tính: a) Cường độ và mật độ dòng điện qua dây dẫn. b) Số electron đi qua tiết diện ngang của dây dẫn trong 10s. Tính tốc độ trung bình của các electron tạo nên dòng điện, biết mật độ electron tự do là n = 4.108 hạt/m Bài 5. Một dây dẫn hình trụ tiết diện ngang S = 10 mm? có dòng điện I = 2A chạy qua. Hạt mang điện tự do trong dây dẫn là electron có độ lớn điện tích e = 1,6.10 19C. a) Tính số hạt electron chuyển động qua tiết diện ngang của dây trong 1s b) Biết vận tốc trung bình của hạt electron trong chuyển động có hướng là 0,1 mm/s. Tính mật độ hạt electron trong dây dẫn. Bài 6. Trong khoảng thời gian 10s, dòng điện qua dây dẫn tăng đều từ I1 = 1A đến I2 = 4A. Tính cường độ dòng điện trung bình và điện lượng qua dây trong thời gian trên. Bài 7. Một bộ acquy có suất điện động 12V, cung cấp một dòng điện 2A liên tục trong 8 giờ thì phải nạp lại. Tính công mà acquy sản sinh ra trong khoảng thời gian trên.
Bài 8. Lực lạ thực hiện công 1200 mJ khi di chuyển một lượng điện tích 50 mg giữa hai cực bên trong nguồn điện. a) Tính suất điện động của nguồn điện này. b) Tính công của lực lạ khi di chuyển một lượng điện tích 125 mc giữa hai cực bên trong nguồn điện. Bài 9. Một bộ acquy có suất điện động 12V nối vào một mạch kín. a) Tính lượng điện tích dịch chuyển ở giữa hai cực của nguồn điện để acquy sản ra công 720 J. b) Thời gian dịch chuyển lượng điện tích này là 5 phút. Tính cường độ dòng điện chạy qua acquy này. c) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thắng của dây dẫn trong thời gian 1 phút. Bài 10. Biết rằng trong đồng số electrôn dẫn bằng với số nguyên tử. Đồng có khối lượng mol là M = 64g/mol và có khối lượng riêng là p = 9,0 kg/dm. Một sợi dây đồng có đường kính 1,8mm, mang dòng điện không đổi I = 1,3A. Hãy tìm vận tốc trội của các êlectrôn dẫn trong dây đồng.
D. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Số electron đi qua tiết diện thắng của dây dẫn trong 5 giây: NE = 6,25.10 electron. Bài 2. a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thắng của dây tóc: q = It = 38 4(C) b) Số electron dịch chuyển qua tiết diện thắng của dây tóc: N = 1 = 24.10° (hat) Bài 3. a) Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang của dây: q = It = 1,57.5 = 7,85(C)s b) Tính mật độ dòng điện và số electron đi qua tiết diện ngang của dây dẫn trong thời gian 10s + Tiết diện ngang của dây dẫn: S = R = 7,85.10 (m) + Mật độ dòng điện là: i = 2.10° (A/m) + Điện lượng chuyển qua tiết diện ngang của dây dẫn trong thời gian 10s: Aq = 1.t = 15,7(C) + Số electron chuyển qua tiết diện ngang của dây trong 10s: N = A4 = It = 9,8125.10.2 (hạt) c) Tính vận tốc trung bình của các electron tạo nên dòng điện 2.106 + Ta có: i = nqv9v = -19 = 2,5.10^ (m/s). Bài 4. a) Cường độ dòng điện: I = 1 = 0,96(A) + Mật độ dòng điện: i = 1 = 1,6.10°(A/m2) b) Số electron đi qua tiết diện ngang của dây: N = 3 = 6.10° (hạt) c) Tốc độ trung bình của các hạt tạo nên dòng điện: v = 2,5.104 (m/s) = 0,25(mm) Bài 5. a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thắng của dây trong 1s: Aq = It = 2(C).