Công thức tính cường độ dòng điện là một trong những kiến thức trọng tâm có trong chương trình học môn Vật lí lớp 11. Công thức cường độ dòng điện bao gồm khái niệm, công thức tính, ví dụ minh họa kèm theo các dạng bài tập có đáp án và tự luyện kèm theo.
Bạn đang đọc: Công thức tính cường độ dòng điện
Thông qua công thức tính cường độ dòng điện giúp các bạn nắm vững được kiến thức để nhanh chóng biết cách giải các bài tập Vật lí. Đồng thời hiểu được kiến thức về cường độ dòng điện trong việc đảm bảo các thiết bị điện và sức khỏe con người được an toàn nhất. Ngoài công thức tính độ tự cảm các bạn xem thêm công thức tính gia tốc, công thức tính công suất.
Công thức tính cường độ dòng điện
I. Cường độ dòng điện là gì?
Hiểu một cách đơn giản nhất, cường độ dòng điện chính là đại lượng chỉ độ mạnh yếu của dòng điện đang chạy trong mạch. Xét về mặt chuyên môn, cường độ dòng điện còn đại diện cho số lượng điện tử đi qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian nhất định. Theo đó, dòng điện càng mạnh thì giá trị của cường độ càng lớn và ngược lại.
Hoặc: Cường độ dòng điện chính là đại lượng đặc trưng cho sự tác dụng mạnh hay yếu của dòng điện. Cường độ dòng điện còn được xác định bằng thương số giữa điện lượng ∆q được dịch chuyển qua tiết diện thẳng của 1 vật dẫn trong 1 khoảng thời gian ∆t và khoảng thời gian đó..
Cường độ dòng điện không đổi
Cường độ dòng điện không đổi là cường độ dòng điện có giá trị không thay đổi theo thời gian.
Cường độ dòng điện hiệu dụng
Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau.
II. Đơn vị đo cường độ dòng điện là gì?
- CĐDĐ có đơn vị đo là ampe, kí hiệu là A.
- 1 ampe tương ứng với dòng chuyển động của 6,24150948
- Dụng cụ đo cường độ là gì – Là ampe kế
III. Ký hiệu cường độ dòng điện là gì?
a. Kí hiệu cường độ dòng điện
Đơn vị để đo cường độ dòng điện là Ampe hay còn được viết tắt là A. Độ lớn của dòng điện được ký hiệu là I, chiếu theo hệ đo lường quốc tế SI.
Đơn vị đo cường độ dòng điện được lấy theo tên nhà vật lý và toán học nổi tiếng người Pháp André Marie Ampère. Ông đã tự tạo ra rất nhiều thiết bị đo lường phục vụ cho thí nghiệm của mình. Những thiết bị này chính là tiền thân của Ampe kế sau này và cũng là dụng cụ đo độ lớn của dòng điện. Chính vì thế nên đơn vị đo được ký hiện dựa vào tên ông.
Một đơn vị Ampe sẽ tương ứng với dòng chuyển động của 6,24150948.1018 điện tử e (tương ứng 1 culong) trong một giây thông qua 1 diện tích dây dẫn. Công thức là 1A = 1C/s.
Những loại ampe kế phổ biến hiện nay có thể kế đến như: ampe kế đo AC/DC, ampe kế đo dòng điện, dòng đo điện trở cách điện, ampe kế đo điện trở đất hoặc miliampe kế hay còn gọi là dòng đo miliampe.
b. Chiều của dòng điện
Như chúng ta đã biết, dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Chính vì vậy, trong mạch điện với dây dẫn kim loại, các electron mang điện tích âm dịch chuyển ngược chiều với chiều của dòng điện trong dây dẫn.
Dòng điện chạy trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kỳ chiều nào. Vì vậy, khi có 1 dòng điện I trong mạch, hướng của dòng điện quy ước cần được đánh dấu, thường là bằng mũi tên trên sơ đồ của mạch điện. Đây gọi 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 của dòng điện không đổi
(A)
- I là cường độ dòng điện không đổi (A)
- q là điện lượng dịch chuyển qua tiết diện phẳng vật dẫn ( C)
- t thời gian điện lượng chuyển qua tiết diện phẳng vật dẫn (s)
2. Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng:
Trong đó:
- I là cường độ dòng điện hiệu dụng
- I0 là cường độ dòng điện cực đại
3. Công thức tính cường độ dòng điện theo định luật ôm
Trong đó:
I: Cường độ dòng điện (đơn vị A)
U: Hiệu điện thế (đơn vị V)
R: Điện trở (đơn vị Ω)
4. Cường độ dòng điện trong đoạn mạch theo định luật ôm
Nối tiếp: I = I1 = I2 = … = In
Song song: I = I1 + I2 + … + In
5. Cường độ dòng điện trung bình
Trong đó:
- Itb là kí hiệu của cường độ dòng điện trung bình đơn bị (A)
- Δt là kí hiệu của một khoảng thời gian được xét nhỏ
- ΔQ là điện lượng được xét trong khoảng thời gian Δt
6. Công thức tính cường độ dòng điện cực đại
I0 = I. √2
Trong đó:
- I0 là cường độ dòng điện cực đại
7. Cường độ dòng điện bão hòa
I=n.e
Trong đó:
- e là điện tích electron
Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào 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)
Hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn tăng (hoặc giảm) bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn đó cũng tăng (hoặc giảm) bấy nhiêu lần
Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây đẫn đó.
V. Ví dụ minh họa về cường độ dòng điện
Ví dụ 1: Đổi đơn vị cho các giá trị sau đây:
a) 0,35A = ….mA
b) 25mA = …. A
c) 1,28A = …..mA
d) 32mA = …. A
Lời giải
a. 0,35A = 350 mA
b. 425mA = 0.425A
c. 1,28A = 1280 mA
d. 32mA = 0,032A
Ví dụ 2: Hình 24.1 vẽ mặt số của một ampe kế. Hãy cho biết:
a) Giới hạn đo của ampe kế
b) Độ chia nhỏ nhất
c) Số chỉ của ampe kế khi kim ở vị trí (1)
d) Số chỉ ampe kế khi kim ở vị trí (2)
Lời giải:
a) Giới hạn đo là 1,6A
b) Độ chia nhỏ nhất là 0,1A
c) I1 = 0,4A
d) I2 = 1.4A
Ví dụ 3:
Tiến hành mắc tụ điện có điện dụng 2μF vào mạng điện xoay chiều có điện áp 220V và tần số 50 Hz. Hỏi cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ điện là bao nhiêu?
Lời giải:
Tần số góc: ω = 2πf = 100π rad/s.
Dung kháng: Zc = 1/ωC = 1/ 100π.2.10-6 = 5000/π (Ω)
Bởi vì mạch chỉ có tụ điện nên cường độ dòng điện hiệu dụng được tính theo công thức:
I = U/Zc = 220: 5000/π ≈ 0.14 A
Đáp án: 0.14 A
VI. Bài tập cách tính cường độ dòng điện
Bài 1: Trong khoảng thời gian là 2s có 1 điện lượng là 1,50C dịch chuyển qua 1 tiết diện thẳng của dây tóc 1 bóng đèn. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.
Bài 2: Có 1 bộ pin của 1 thiết bị điện có thể cung cấp 1 dòng điện là 2A liên tục trong vòng 1 giờ thì ta phải nạp lại.
a) Nếu bộ pin ở trên sử dụng liên tục trong vòng 4 giờ nhưng ở chế độ tiết kiệm năng lượng thì mới phải nạp lại. Hãy tính cường độ dòng điện bộ pin này có thể cung cấp?
b) Hãy tính suất điện động của bộ pin nếu trong khoảng thời gian là 1 giờ nó sinh ra 1 công là 72 KJ.
Bài 3: Cho biết số electron dịch chuyển qua 1 tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 2s là 6,25.1018 e. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là bao nhiêu?
Bài 4: 1 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. Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở ?
Bài 5: Cho 2 điện trở R1 = 6Ω và R2 = 4Ω được mắc nối tiếp với nhau và được mắc vào hiệu điện thế là 20V.
Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở, hiệu điện thế 2 đầu của mỗi điện trở?
Tính công suất tỏa nhiệt của mỗi điện trở và của đoạn mạch? Hãy 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 thiết bị điện
Mỗi thiết bị điện đều có hạn mức cường độ dòng điện chạy qua khác nhau để đảm bảo được độ bền và độ an toàn. Lúc này, nếu biết được độ mạnh yếu của dòng điện, ta sẽ có cách để duy trì dòng điện ổn định, đúng giới hạn cho phép.
Thông thường, để kiểm soát cường độ dòng điện, người ta thường lắp đặt aptomat hoặc ổn áp. Thiết bị này có tác dụng đo cường độ dòng điện và tự động ngắt điện khi quá tải hoặc có hiện tượng cháy chập.
Ngoài ra, chọn dây dẫn điện phù hợp cũng là tiết kiệm điện năng và đảm bảo các thiết bị điện hoạt động hoàn hảo.
Ví dụ, khi sử dụng điều hòa có công suất 24.000Btu, nên dùng loại dây đôi có kích thước 4mm và kèm với ổn áp 5kVA.
b. Đảm bảo sức khỏe và tính mạng cho con người
Trong quá trình sử dụng điện, cường độ dòng điện quá lớn có thể dẫn đến các hiện tượng như điện giật, phóng điện, nổ điện… Nếu dòng điện trực tiếp chạy qua cơ thể người, chúng có thể gây ra một số tác hại như tổn thương cơ bắp, tim, hệ tuần hoàn, cơ quan hô hấp…
3 mức độ dòng điện gây kích thích là dòng điện cảm giác, dòng điện co giật và dòng điện rung tim. Dòng điện cảm giác có cường độ là 0.5mA, tuy con người có thể cảm nhận được nhưng chưa gây ra nguy hiểm. Dòng điện co giật có cường độ là 10mA, gây ra hiện tượng co giật nhưng vẫn cho nạn nhân có khả năng buông tay khỏi vật mang điện. Dòng điện rung tim có cường độ cao hơn và gây ra cơn rung tim.
Theo thực nghiệm, khi cường độ dòng điện lên tới mức 20 – 25mA đối với điện xoay chiều và 50 – 80mA đối với điện một chiều thì đã có thể gây nguy hiểm cho con người. Việc thở sẽ gặp khó khăn, tim đập nhanh hơn, bắp thịt bị co rút lại. Khi tiếp xúc với dòng điện trên 100mA, tính mạng con người sẽ bị đe dọa, nguy cơ tử vong rất cao.
Lúc này cường độ dòng điện đóng vai trò cảnh báo mức độ nguy hiểm có thể gặp phải để mọi người tránh và có biện pháp xử lý kịp thời. Trị số dòng điện xoay chiều 50 – 60Hz an toàn là 10mA.
