Ôn tập lý thuyết môn Vật lý Lớp 11 - Chương I: Điện tích – Điện trường

Nội dung text: Ôn tập lý thuyết môn Vật lý Lớp 11 - Chương I: Điện tích – Điện trường

1. Chương I: ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG Bài 1: ĐIỆN TÍCH – ĐỊNH LUẬT COULOMB A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Điện tích a. Hai loại điện tích Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Hai điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, hai điện tích khác dấu thì hút nhau. Trong hệ SI, đơn vị của điện tích là Coulomb, ký hiệu là C. b. Chất dẫn điện và chất cách điện Chất dẫn điện là chất mà điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm kia bên trong vật làm bằng chất đó. Ví dụ: dung dịch muối, axit, bazơ, Chất cách điện (hay điện môi) là chất mà điện tích không thể di chuyển từ điểm này đến điểm kia bên trong vật làm bằng chất đó. Ví dụ: không khí khô, thủy tinh, cao su, vải khô, c. Ba cách nhiễm điện của các vật + Nhiễm điện do cọ xát: Chiếc đũa thủy tinh sau khi cọ xát vào dạ có thể hút được các mẫu giấy vụn. Ta nói chiếc đũa được nhiễm điện do cọ xát. + Nhiễm điện do tiếp xúc: Đưa quả cầu kim loại nhiễm điện dương chạm vào hình trụ kim loại không nhiễm điện. Ta thấy hình trụ kim loại nhiễm điện dương. Ta nói hình trụ kim loại nhiễm điện do tiếp xúc. + Nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa quả cầu kim loại nhiễm điện âm đến gần hình trụ kim loại không nhiễm điện. Ta thấy đầu hình trụ kim loại gần quả cầu hơn nhiễm điện dương, đầu hình trụ kim loại xa quả cầu hơn nhiễm điện âm. Ta nói hình trụ kim loại nhiễm điện do hưởng ứng. Một vật nhiễm điện do hưởng ứng thì hai phần vật được nhiễm điện trái dấu, còn toàn bộ vật đó vẫn trung hòa điện. 2. Định luật Coulomb Định luật: Độ lớn giữa lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên trong chân không tỉ lệ thuận với tích các giá trị tuyệt đối của hai điện tích đó và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Trong hệ SI: qq F 9.109 12 r 2 Đơn vị: F: lực tĩnh điện (hay lực Coulomb), đơn vị Newton (N). q: điện tích của vật, đơn vị Coulomb (C). r: khoảng cách giữa hai điện tích, đơn vị met (m). + Phương và chiều của lực tương tác: Lực Coulomb có phương song song đường thẳng nối liền giữa tâm hai điện tích điểm. Có giá trùng với đường thẳng nối tâm hai điện tích điểm.
2. Nếu các điện tích điểm được đặt trong môi trường có hằng số điện môi là  thì định luật Coulomb được qq viết lại là: F 9.109 12 r 2 B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Có hai vật nhiễm điện kích thước nhỏ đẩy nhau. Nêu đặc điểm về dấu của điện tích trên mỗi vật? Vì hai vật này nhiễm điện và đẩy nhau nên ta có thể nói rằng hai vật này nhiễm điện cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm). 2. Có ba vật kích thước nhỏ nhiễm điện. Vật A hút vật B, vật B hút vật C. Hỏi vật A hút hay đẩy vật C? Vật A hút vật B, chứng tỏ A nhiễm điện trái dấu với B, B hút C chứng tỏ C nhiễm điện trái dấu với B. Vậy A và C nhiễm điện cùng dấu nên A và C đẩy nhau. 3. Trình bày về sự khác nhau và giống nhau của lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không và trong điện môi? + Giống nhau: Phương và chiều của lực tương tác tĩnh điện trong chân không và trong điện môi giống nhau. + Khác nhau: Độ lớn của lực tương tác tĩnh điện trong chân không có giá trị lớn hơn  lần. Bài 2: THUYẾT ELECTRON – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Thuyết electron a. Cấu tạo nguyên tử b. Một số nội dung chính của thuyết electron Một vật bình thường bao gồm rất nhiều hạt mang điện, nhưng luôn trung hòa điện, tức là số electron bằng số proton. Electron có khối lượng rất nhỏ nên độ linh động của chúng rất lớn. Với một số điều kiện nào đó (cọ xát, nung nóng, ) thì electron có thể di chuyển từ vật này sang vật khác, khi đó vật được nhiễm điện. Vật nhận thêm electron thì nhiễm điện âm; mất đi electron thì nhiễm điện dương. 2. Tính dẫn điện hay cách điện của các chất Các hạt mang điện trong môi trường có hai loại: + Điện tích liên kết: là những hạt chỉ có thể di chuyển trong khoảng rất nhỏ, cỡ kích thước phân tử. + Điện tích tự do: là những hạt có thể di chuyển được những quãng đường lớn hơn kích thước phân tử rất nhiều (thường gọi là hạt tải điện) Điện môi là những chất có ít điện tích tự do như: thủy tinh, nước nguyên chất, không khí khô, Những chất dẫn điện là những chất có nhiều điện tích tự do như: kim loại, dung dịch muối, axit, bazo, 3. Giải thích sự nhiễm điện của một vật a. Nhiễm điện do cọ xát Khi cọ xát chiếc đũa thủy tinh vào mảnh lụa, ta làm xuất hiện rất nhiều điểm tiếp xúc giữa mảnh lụa và đũa thủy tinh. Ở những điểm tiếp xúc, một số electron từ thủy tinh chuyển sang lụa. Chiếc đũa thủy tinh thiếu electron nên nhiễm điện dương. Mảnh lụa thừa electron nên nhiễm điện âm. b. Nhiễm điện do tiếp xúc
3. Cho thanh kim loại trung hòa điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện âm thì một số electron thừa ở quả cầu chuyển sang thanh kim loại qua chỗ hai vật tiếp xúc. Vì thế thanh kim loại cũng thừa electron, nên nhiễm điện âm. c. Nhiễm điện do hưởng ứng Đưa quả cầu nhiễm điện âm lại gần thanh kim loại trung hòa điện. Khi đó một số electron tự do trong thanh kim loại. Khi đó một số electron tự do trong thanh kim loại bị đẩy ra xa quả cầu. Do đó đầu thanh kim loại ở xa quả cầu hơn trở nên thừa electron, nhiễm điện âm. Đầu thanh kim loại gần quả cầu hơn thiếu electron nên nhiễm điện dương. 4. Định luật bảo toàn điện tích Trong một hệ vật cô lập về điện, nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ đó, thì tổng đại số các điện tích là một hằng số. B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Nêu vắn tắt những nội dung chính của thuyết electron? Nguyên tử được cấu tạo từ một hạt nhân mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm. Độ linh động của các electron rất lớn so với hạt nhân, electron có thể bứt ra khỏi nguyên tử, có thể từ nguyên tử này chuyển sang nguyên tử khác, có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác của một vật, có thể di chuyển từ vật này sang vật khác. 2. Giải thích tính dẫn điện hay tính cách điện của một vật? Vật dẫn điện là vật có nhiều điện tích tự do, vì vậy điện tích có thể truyền qua vật đó. Vật cách điện là vật hầu như không có điện tích tự do, vì vậy điện tích không thể truyền qua nó. 3. Phát biểu định luật bảo toàn điện tích. Trong một hệ cô lập về điện, nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ đó, thì tổng đại số các điện tích là một hằng số. Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Khái niệm điện trường Xung quanh điện tích có điện trường. Điện trường này gây ra lực điện tác dụng lên các điện tích. Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó. Người ta dùng điện tích thử để phát hiện điện trường. 2. Vecto cường độ điện trường Vecto cường độ điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực. Biểu thức: F qE (V/m) 3. Điện trường của một điện tích điểm Công thức tính điện trường của điện tích Q đặt trong không khí tại một điểm cách Q một khoảng r: Q E 9.109 r 2
4. Phương: là đường thẳng nối điểm đặt điện tích và điểm khảo sát. Chiều: có chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu đó là điện tích âm. Q Độ lớn: nếu điện tích Q đặt trong môi trường có hằng số điện môi  : E 9.109 r 2 B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Vecto cường độ điện trường E cùng phương, cùng chiều với lực F tác dụng lên điện tích q đặt trong điện trường đó. Nói thế đúng hay sai ? Nói như vậy là sai. Nếu là lực tác dụng lên điện tích dương thì cùng chiều với , nếu đó là lực tác dụng lên điện tích âm thì ngược chiều với . 2. Hãy nêu tính chất cơ bản của điện trường? Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó. 3. Viết công thức xác định cường độ điện trường của một điện tích điểm? Q Công thức tính cường độ điện trường của một điện tích điểm: E 9.109 trong đó Q là điện tích r 2 gây ra điện trường. 4. Hãy nói về phương và chiều của vecto cường độ điện trường gây ra bởi một điện tích điểm trong trường hợp điện tích đó là điện tích dương và trong trường hợp điện tích đó là điện tích âm? Phương: là đường thẳng nối điểm đặt điện tích và điểm khảo sát. Chiều: có chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu đó là điện tích âm. Bài 4: CÔNG CỦA LỰC TĨNH ĐIỆN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Đường sức điện a. Định nghĩa Đường sức điện là đường cong có hướng sao cho vecto cường độ điện trường tại bất kỳ điểm nào trên đường đó cũng có phương tiếp tuyến với đường cong và có chiều trùng với chiều của đường cong đó. b. Tính chất của các đường sức + Tại mọi điểm trong điện trường, có thể vẽ được một đường sức đi qua điểm đó. + Các đường sức là các đường không kín. Nói chung, đường sức xuất phát từ các điện tích dương, tận cùng tại các điện tích âm. + Các đường sức không cắt nhau. + Nơi nào có cường độ điện trường lớn thì mật độ đường sức mau, nơi nào có cường độ điện trường nhỏ thì mật độ đường sức thưa. c. Điện phổ Điện phổ là hình ảnh của hệ các đường sức.
5. Ở gần vật nhiễm điện đường sức dày hơn, ở xa vật nhiễm điện đường sức thưa hơn. 2. Điện trường đều – Đường sức của điện trường đều Điện trường đều là điện trường mà trong đó vecto cường độ điện trường tại mọi điểm bằng nhau. Đường sức của điện trường đều là những đường thẳng, song song và cách đều nhau. 3. Công của lực điện trường AMN qE.'' M N Công của lực tĩnh điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của đoạn đường đi trong điện trường. Người ta nói điện trường tĩnh là trường thế. B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Có thể coi đường sức là quỹ đạo của một điện tích điểm (dương hay âm) chuyển động trong điện trường được không ? Giải thích ? Đường sức điện nói chung không phải là quỹ đạo của điện tích. 2. Điện trường đều là gì? Một điện trường mà cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau có thể coi là điện trường đều không? Giải thích? Điện trường đều là điện trường mà trong đó vecto cường độ điện trường tại mọi điểm bằng nhau. Một điện trường mà cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau không phải là điện trường đều. Bởi vì cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau chưa chắc vecto điện trường tại mọi điểm cũng bằng nhau. Bài 5: HIỆU ĐIỆN THẾ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Công của lực điện trường và hiệu điện thế Ta có công thức tính công của lực điện trường khi điện tích di chuyển từ M đến N thông qua hiệu điện thế giữa hai điểm M, N: AMN q() V M V N hay A MN qU MN Trong đó: VM, VN gọi là điện thế tại các điểm M, N. (VM – VN) là hiệu điện thế giữa hai điểm M, N. Ta đặt U = UMN = VM – VN là hiệu điện thế giữa hai điểm M, N. Trong hệ SI hiệu điện thế có đơn vị là vôn, ký hiệu V. Hiệu điện thế giữa hai điểm cho ta xác định công của lực điện trường khi điện tích q di chuyển từ điểm này đến điểm kia. Điện thế tại một điểm phụ thuộc vào việc chọn gốc điện thế. 2. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế
6. Công thức biểu thị mối quan hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế đối với điện trường đều: U E MN MN'' U Hoặc ta có thể viết dưới dạng đơn giản: E d B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Cho biết mối liên hệ giữa UMN và UNM? UMN = VM – VN và UNM = VN – VM= -(VM – VN) = - UMN. Vậy UMN = - UNM 2. Viết công thức liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế? U U E MN hay E M'' N d 3. Viết công thức tính công của lực điện trường? AMN = q(VM – VN) = qUMN 4. Điện trường như thế nào thì có thể viết hệ thức? Khi điện trường là điện trường đều ta có hệ thức: U = Ed. Bài 6: TỤ ĐIỆN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Tụ điện Hệ hai vật dẫn đặt gần nhau nhưng không tiếp xúc nhau gọi là một tụ điện. Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện. Khoảng không gian giữa hai bản có thể là chân không hoặc điện môi. Tụ điện đơn giản nhất là tụ điện phẳng. Hai bản tụ điện là hai tấm kim loại có kích thước lớn đặt đối diện và song song với nhau. Trong sơ đồ mạch điện tụ điện được ký hiệu: Khi ta nối hai bản tụ điện với hai cực của nguồn điện gọi là tích điện cho tụ điện. Khi đó: + Điện tích trên hai bản có trị số tuyệt đối bằng nhau. + Đại đa số các đường sức xuất phát ở bản này và kết thúc ở bản kia. + Điện trường giữa hai bản tụ điện là điện trường đều. Các đường sức bên trong tụ điện phẳng là những đường thẳng song song cách đều nhau, các đường sức ở rìa tụ điện là những đường cong. 2. Điện dung của tụ điện Công thức tính điện tích của tụ điện: Q CU C là điện dung của tụ điện. Điện dung của tụ điện là đại lượng vật lý đo bằng thương số Q/U và đặc trưng cho khả năng tích điện của vật. Trong hệ SI điện dung có đơn vị là fara, ký hiệu F. Các đơn vị điện dung thường dùng: 1F 10 6 F ;1 nF 10 9 F ;1 pF 10 12 F
7. S Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: C 9.109 .4 d Trong đó: S: phần điện tích đối diện của hai bản tụ, đơn vị m2. d: khoảng cách giữa hai bản, đơn vị m.  : hằng số điện môi của chất điện môi đổ đầy giữa hai bản. Do khoảng cách giữa hai bản tụ điện không đổi. Nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện tăng dần thì cường độ điện trường bên trong tụ điện cũng tăng dần. Cường độ điện trường vượt quá một giá trị nào đó thì chất điện môi trong tụ điện mất khả năng cách điện, nó trở thành dẫn điện. Ta nói điện môi bị đánh thủng. Hiệu điện thế ứng với cường độ điện trường mà bắt đầu từ đó điện môi bị đánh thủng. Hiệu điện thế ứng với cường độ điện trường mà bắt đầu từ đó điện môi bị đánh thủng gọi là hiệu điện thế giới hạn của tụ điện. B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Nêu hệ thức liên hệ giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện? Nêu định nghĩa điện dung của tụ điện? Hệ thức liên hệ giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ: Q = CU. Định nghĩa tụ điện: Điện dung của tụ điện là đại lượng vật lý đo bằng thương số: Q/U và đặc trưng cho khả năng tích điện của vật. 2. Hiệu điện thế giới hạn của tụ điện là gì ? Hiệu điện thế ứng với cường độ điện trường mà bắt đầu từ đó điện môi bị đánh thủng gọi là hiệu điện thế giới hạn của tụ điện. Chương II: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Bài 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI - NGUỒN ĐIỆN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Dòng điện – Tác dụng của dòng điện a. Định nghĩa Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng. Các điện tích có thể là electron tự do, ion âm, ion dương, chúng còn được gọi là các hạt tải điện. b. Chiều dòng điện Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. Trong dây dẫn kim loại chiều dòng điện ngược với chiều dịch chuyển của các electron. c. Các tác dụng của dòng điện + Tác dụng nhiệt + Tác dụng hóa học + Tác dụng sinh lý + Tác dụng từ: đây là tác dụng của mọi dòng điện. 2. Cường độ dòng điện a. Định nghĩa Cường độ dòng điện là đại lượng đo bằng thương số của điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian nhỏ t và khoảng thời gian đó: q I t
8. Trong thực tế có khi dòng điện không đổi là dòng điện một chiều. b. Đơn vị cường độ dòng điện Trong hệ SI: cường độ dòng điện là ampe, ký hiệu A. 1mA ( miliampe ) 10 3 A 1A ( microampe ) 10 6 A c. Đo cường độ dòng điện Người ta dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện. Quy tắc dùng ampe kế: + Chọn ampe kế có giới hạn đo và thang đo thích hợp. + Mắc ampe kế nối tiếp với vật dẫn cần đo cường độ dòng điện. + Mắc ampe kế vào mạch sao cho dòng điện đi vào chốt dương của ampe kế và đi ra chốt âm của ampe kế. 3. Nguồn điện Nguồn điện là thiết bị tạo ra hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Nguồn điện luôn có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-); giữa hai cực đó có duy trì một hiệu điện thế. Khi ta nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn, tạo thành mạch kín, thì trong mạch có dòng điện. Các electron từ cực âm của nguồn điện chạy qua vật dẫn đến cực dương. Bên trong nguồn điện các hạt tải điện ngoài lực Coulomb thì còn chịu tác dụng của lực lạ. Lực lạ có tác dụng duy trì dòng điện trong mạch kín. Bên trong nguồn điện các hạt tải điện đi từ cực âm đến cực dương, chuyển động này ngược với chiều của lực điện trường giữa hai cực. Do đó phải có nguồn năng lượng bên trong nguồn điện, nguồn năng lượng này tạo ra lực lạ đó là hóa năng trong pin, acquy, năng lượng bức xạ Mặt Trời (pin Mặt Trời), 4. Suất điện động của nguồn điện Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đo bằng thương số của công A mà nguồn thực hiện để A làm dịch chuyển điện tích dương q trong mạch kín:  q Đơn vị: Vôn, ký hiệu V. Bên trong suất điện động có điện trở gọi là điện trở trong của nguồn điện ký hiệu là r (Ω). B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Dòng điện là gì ? Cường độ dòng điện là gì ? Chiều của dòng điện được xác định như thế nào ? Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng. Các điện tích có thể là electron tự do, ion âm, ion dương, chúng còn được gọi là các hạt tải điện.
9. Cường độ dòng điện là đại lượng đo bằng thương số của điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện q thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian nhỏ t và khoảng thời gian đó: I t I: cường độ dòng điện (A) : điện lượng (C) : thời gian (s) Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. 2. Nêu các tác dụng của dòng điện? Lấy ví dụ? Dòng điện có các tác dụng: + Tác dụng nhiệt + Tác dụng hóa học + Tác dụng sinh lý + Tác dụng từ: đây là tác dụng của mọi dòng điện. 3. Nguồn điện là gì ? Nêu định nghĩa suất điện động của nguồn điện? Nguồn điện là thiết bị tạo ra hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đo bằng thương số của công A mà nguồn thực hiện để A làm dịch chuyển điện tích dương q trong mạch kín:  q Đơn vị Vôn, ký hiệu V. Bên trong suất điện động có điện trở gọi là điện trở trong của nguồn điện. Bài 8: ĐIỆN NĂNG VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Công và công suất của dòng điện ở một đoạn mạch điện – Định luật Joule – Lenz a. Công và công suất của dòng điện Công suất của dòng điện ở một đoạn mạch điện: P UI Công dòng điện sinh ra trên đoạn mạch: A Pt UIt b. Định luật Joule – Lenz Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua. Q RI2 t 2. Công và công suất của nguồn điện a. Công và công suất của nguồn điện Công của nguồn điện: A  q It Công suất của nguồn điện: PI  b. Hiệu suất của nguồn điện P ' H P 1. Công của dòng điện là gì ? Công của dòng điện là công của lực điện trường làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch, được tính bằng các điện tích tự do trong đoạn mạch, được tính bằng tích số của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện đi qua. A Uq UIt
10. 2. Phát biểu định luật Joule – Lenz. Dòng điện trong vật siêu dẫn có gây ra tác dụng nhiệt không ? Định luật Joule – Lenz: Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua. Q RI2 t Dòng điện chạy trong vật siêu dẫn không gây ra tác dụng nhiệt vì điện trở của vật siêu dẫn bằng không. 3. Cùng một dòng điện chạy qua dây dẫn và dây tóc bóng đèn. Tại sao dây tóc thì nóng đến sáng trắng mà dây dẫn lại hầu như không nóng lên? Cùng một dòng điện chạy qua dây dẫn và dây tóc của bóng đèn nhưng điện trở của dây tóc rất lớn còn điện trở của dây dẫn nhỏ nên công suất tỏa nhiệt (P = RI2) trên dây tóc lớn làm nó nóng đến sáng trắng còn dây dẫn hầu như không nóng lên. Bài 9: ĐỊNH LUẬT OHM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Định luật Ohm cho toàn mạch  Đối với một mạch điện kín gồm nguồn điện  và điện trở R: I Rr Định luật Ohm cho toàn mạch : Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở tổng cộng của mạch. 2. Hệ thức tổng quát của định luật Ohm đối với các loại mạch điện Xét đoạn mạch AB có pin (acquy), ta có định luật Ohm cho các loại mạch điện: UAB V A V B () r R I   : đại lượng đại số.  0: khi IAB chạy qua pin (acquy) từ cực âm đến cực dương.  0: khi IAB chạy qua pin (acquy) từ cực dương đến cực âm. Bài 10: GHÉP NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Ghép nối tiếp
11. Ta có suất điện động tương đương: bn 12   Điện trở trong tương đương: rbn r12 r r 2. Ghép song song Ghép song song n nguồn giống nhau: Suất điện đông của bộ nguồn: b r Điện trở trong của bộ nguồn r b n 3. Ghép hỗn hợp - Ghép N nguồn giống nhau thành bộ như hình bên (ghép kiểu hỗn hợp đối xứng), gồm m dãy, mỗi dãy gồm n nguồn ghép nối tiếp. nr - Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn:  n ; r b b m Chương III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Bản chất dòng điện trong kim loại Khi đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế thì các electron tự do chuyển động có hướng, ngược chiều điện trường nhưng vẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn. Khi này ta có dòng điện chạy trong kim loại. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều của điện trường. Vận tốc chuyển động có hướng rất nhỏ dưới 0,2 m/s nhỏ hơn rất nhiều vận tốc lan truyền của điện trường tác dụng lên các electron tự do 300 000 m/s nên ta đóng mạch thì đèn điện dù ở xa cũng lập tức phát sáng.
12. 2. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại – Hiện tượng tỏa nhiệt của dây dẫn kim loại a. Trong khi chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường ngoài, các electron luôn bị “cản trở” do “va chạm” (tương đương) với các ion kim loại đang dao động quanh vị trí cân bằng ở nút mạng tinh thể. Đây là nguyên nhân cơ bản gây ra điện trở của kim loại. (Điện trở kim loại còn được gây ra bởi các sai hỏng trong tinh thể). b. Nhiệt độ của kim loại càng cao, các ion kim loại càng dao động mạnh. Do đó electron tự do va chạm nhiều hơn với các ion kim loại. Vì vậy khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng. c. Trong quá trình chuyển động có hướng, các electron truyền một phần hoặc toàn bộ năng lượng cho các ion kim loại, tức là động năng của electron chuyển thành nội năng của kim loại. Vì vậy dây dẫn kim loại nóng lên khi có dòng điện chạy qua. 3. Hiện tượng siêu dẫn - Khi nhiệt độ hạ xuống dưới một nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không. - Hiện tượng này gọi là hiện tượng siêu dẫn. Hiện tượng siêu dẫn được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực: tạo nam châm điện, B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Hạt tải điện trong kim loại là hạt nào? Bản chất dòng điện trong kim loại là gì ? Hạt tải điện trong kim loại là electron. Bản chất dòng điện trong kim loại: Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường. 2. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và hiện tượng tỏa nhiệt của dây dẫn kim loại? Xem phần 2 ở mục tóm tắt lý thuyết. 3. Điện trở của kim loại phụ thuộc nhiệt độ như thế nào? Điện trở kim loại phụ thuộc nhiệt độ theo biểu thức: Rt R0 (1 t ) 4. Nêu đặc điểm của vật siêu dẫn và khả năng ứng dụng của chúng trong kỹ thuật? Vật siêu dẫn có điện trở bằng không, vì vậy nó có thể duy trì dòng điện trong một thời gian dài. Có tính chất này nên vật siêu dẫn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật: chế tạo nam châm điện có thể tạo ra từ trường mạnh trong một thời gian dài. Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN – ĐỊNH LUẬT FARADAY A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Dòng điện trong chất điện phân Các dung dịch muối, axit, bazo được gọi là chất điện phân. Các muối nóng chảy cũng là chất điện phân. 2. Bản chất dòng điện trong chất điện phân Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường. 3. Hiện tượng dương cực tan * Khi ta điện phân dung dịch một muối kim loại mà anot làm bằng chính kim loại đó. Lúc đó thì kim loại làm anot bị hao dần đi và có một số kim loại đó bám vào catot.
13. * Hiện tượng đó gọi là hiện tượng dương cực tan. Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại mà anot làm bằng chính kim loại ấy. * Khi có hiện tượng dương cực tan, dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật Ohm giống như đối với đoạn mạch chỉ có điện trở thuần. * Nếu bình điện phân không có hiện tượng dương cực tan thì bình điện phân là một máy thu điện. Khi đó dòng điện chạy qua bình điện phân tuân theo định luật Ohm đối với máy thu điện. 4. Định luật Faraday * Khối lượng m của chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với đương lượng hóa học A/n của chất đó và với điện lượng q đi qua dung dịch điện phân. 1 A m It Fn Trong đó: A: nguyên tử khối (kg) m: hóa trị của chất đó (kg) F: hằng số Faraday, F = 9,65.107 C/kmol I: cường độ dòng điện qua bình điện phân t: thời gian dòng điện chạy qua bình * Nếu tính m ra g thì ta viết: 1 A m() g It 96500 n 5. Ứng dụng Hiện tượng điện phân được dùng để luyện kim, mạ điện, đúc điện. B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Chất điện phân là gì ? Cho ví dụ về chất điện phân? Chất điện phân là những chất ở trạng thái dung dịch hay nóng chảy bị dòng điện phân tích. Ví dụ: các dung dịch axit, bazo, muối là những chất điện phân. 2. Hạt tải điện trong chất điện phân là các hạt nào ? Bản chất dòng điện trong chất điện phân là gì ? Tại sao dòng điện qua chất điện phân lại gây ra sự vận chuyển các chất, còn dòng điện qua kim loại kông gây ra hiện tượng đó ? Hạt tải điện trong chất điện phân là các hạt ion âm, ion dương. Bản chất dòng điện trong chất điện phân: Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường. Dòng điện qua chất điện phân làm dịch chuyển các ion về các điện cực tức làm vận chuyển các chất, còn dòng điện qua kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do, không làm vận chuyển các nguyên tử kim loại được. 3. Phát biểu định luật Faraday về hiện tượng điện phân? Xem phần 4 mục tóm tắt lý thuyết. Bài 15: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Sự phóng điện trong chất khí Ở điều kiện bình thường, không khí là điện môi. Khi bị đốt nóng, không khí trỏ nên dẫn điện. Có dòng điện chạy qua không khí từ bản nọ sang bản kia. Đó là sự phóng điện trong không khí.
14. 2. Bản chất dòng điện trong không khí + Trong điều kiện thường, chất khí hầu như chỉ gồm những nguyên tử, phân tử trung hòa về điện. Chất khí là điện môi. Khi ta đốt nóng chất khí bằng tác nhân ion hóa (tia tử ngoại, tia Ronghen) thì một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất bớt electron và trở thành ion dương. Đó là sự ion hóa chất khí. Một số electron mới tạo thành do sự ion hóa đã kết hợp với phân tử, nguyên tử trung hòa thành ion âm. Trong khi chuyển động nhiệt hỗn loạn, các electron kết hợp lại với ion dương, ion âm tạo thành phân tử trung hòa. Đó gọi là sự tái hợp. Bình thường ion dương, ion âm, electron chuyển động nhiệt hỗn loạn nên trong chất khí không có dòng điện. + Khi ta đặt một hiệu điện thế vào khối khí đã bị ion hóa, khi đó các ion và electron dịch chuyển có hướng dưới tác dụng của điện trường. Electron và ion âm dịch chuyển về phía cực dương (anot), ion dương chuyển động về phía cực âm (catot), tạo ra dòng điện trong chất khí. Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường. 3. Tia lửa điện – sét a. Tia lửa điện Khi hiệu điện thế giữa hai điện cực trong không khí có trị số lớn, tạo ra một điện trường rất mạnh (có cường độ trên 3.106 V/m) thì phát sinh tia lửa điện. Tia lửa điện không có hình dạng nhất định. Tia lửa điện là một tia sáng gián đoạn, không liên tục. Tia lửa điện thường kèm theo tiếng nổ, trong không khí sinh ra ozon có mùi khét. b. Sét Sét là tia lửa điện khổng lồ phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa một đám mây tích điện với mặt đất. Hiệu điện thế gây ra sét có thể đạt tới 108 V – 109 V, cường độ dòng điện trong sét có thể đạt đến 104 A – 5.105 A. Sét thường gây ra tiếng nổ (tiếng sấm) hoặc tiếng sét. Để tránh tác hại của sét, người ta làm các cột chống sét. 4. Hồ quang điện Đặt vào hai đầu thanh than một hiệu điện thế khoảng 40 V – 50 V. Đầu tiên cho hai đầu thanh than chạm vào nhau, sau đó tách ra một khoảng ngắn. Khi đó ta thấy giữa hai đầu thanh than phát ra ánh sáng chói, đó là hồ quang điện. Qua quan sát người ta thấy phần lớn ánh sáng chói phát ra từ hai đầu than tức là từ cực dương và cực âm của hồ quang. Trong đó cực dương bị ăn mòn và hơi lõm vào. Cường độ dòng điện trong mạch khoảng vài chục ampe. Hồ quang có thể xuất hiện giữa các điện cực bằng kim loại. Nhiệt độ rất cao, khoảng 25000C đến 80000C. Hồ quang được ứng dụng để hàn điện, luyện kim, nguồn phát sáng, B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Bản chất dòng điện trong chất khí là gì ? Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường. 2. So sánh sự dẫn điện của chất khí và của chất điện phân?
15. + Hạt mang điện tự do trong chất khí là các ion dương, ion âm và electron tự do. + Hạt mang điện tự do trong chất điện phân là các ion dương và ion âm. 3. Tia lửa điện phát sinh trong điều kiện nào ? Khi giữa hai điện cực đặt trong không khí có một hiệu điện thế lớn thì sẽ xuất hiện sự phóng điện thành lửa, gọi là tia lửa điện. 4. Hồ quang điện thực hiện trong điều kiện nào ? Lấy hai thanh than nối vào hai cực của nguồn điện không đổi có hiệu điện thế khoảng 40 V – 50 V. Bài 17: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Tính dẫn điện của bán dẫn Bán dẫn là những chất như Si, Ge, As, Cd, Te, Tính dẫn điện của bán dẫn : + Dẫn điện kém hơn kim loại nhưng tốt hơn điện môi. + Điện trở của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. + Tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất mạnh khi bán dẫn có tạp chất pha vào. 2. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết - Xét nguyên tử Si, quang nguyên tử Si có bốn electron hóa trị. - Ở nhiệt độ 0 K, trong tinh thể không có electron tự do, bán dẫn không dẫn điện. - Ở nhiệt độ cao hơn, một số electron được giải phóng khỏi liên kết, trở thành electron tự do. Khi electron bị bứt khỏi liên kết có một số liên kết bị trống gọi là lỗ trống, lỗ trống có tính chất như một hạt mang điện dương. 3. Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất a. Bán dẫn loại n - Ta pha một ít nguyên tử P vào Si. P có 5 electron hóa trị. Vì thế khi P tạo thành liên kết với 4 nguyên tử xung quanh, còn thừa 1 electron hóa trị. - Electron này dễ dàng bứt ra khỏi nguyên tử P và trở thành electron tự do. Do đó số electron tự do nhiều hơn số lỗ trống, ta gọi electron tự do là hạt mang điện cơ bản, còn lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản. - Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn electron hay bán dẫn loại n. b. Bán dẫn loại p Nếu ta pha tạp chất là nguyên tố hóa trị 3 (như bo B), lúc này trong mạng tinh thể Si nguyên tử B còn thiếu 1 electron để tạo thành 4 liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Si ở gần nhất. Một electron ở gần sẽ đến lấp đầy liên kết và tạo thành lỗ trống. Trong bán dẫn Si pha B, số lỗ trống nhiều hơn số electron dẫn. Lỗ trống là hạt mang điện cơ bản, electron là hạt mang điện không cơ bản. 4. Lớp chuyển tiếp p – n
16. a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n - Ta cho bán dẫn loại n và bán dẫn loại p tiếp xúc nhau. Khi đó ở mặt phân cách hai mẫu bán dẫn có lớp chuyển tiếp p – n. - Lớp chuyển tiếp p – n có trong diot bán dẫn. Thực tế người ta pha các tạp chất thích hợp với các phần khác nhau của bán dẫn để tạo lớp chuyển tiếp p – n. b. Tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p – n Lớp chuyển tiếp p – n dẫn điện tốt theo một chiều. Lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu. c. Đặc tuyến Volt – Ampe của lớp chuyển tiếp p –n Qua thí nghiệm người ta thu được đường đặc trưng Von – Ampe của lớp chuyển tiếp p – n. 5. Nhiệt điện trở và quang điện trở bán dẫn Nhiệt điện trở bán dẫn là một dụng cụ nối với hai dây dẫn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở mẫu bán dẫn giảm. Nhiệt điện trở dùng để đo, điều chỉnh và khống chế nhiệt độ. Quang điện trở bán dẫn là dụng cụ có điện trở suất giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào tăng. 6. Diot Diot là các dụng cụ bán dẫn hai cực, trong đó có lớp chuyển tiếp p – n. a. Diot chỉnh lưu Diot dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều. Nếu diot cần để cho dòng điện thuận đi qua thì nó phải có kích thước lớn. Ký hiệu : b. Photodiot Photodiot là những diot đặt trong vỏ có cửa sổ trong suốt với ánh sáng. Ánh sáng chiếu vào lớp chuyển tiếp p – n làm xuất hiện các cặp electron lỗ trống. Vì vậy nếu diot được phân cực ngược thì dòng điện ngược tăng lên rất nhiều lần khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Dòng ngược càng lớn khi ánh sáng càng mạnh. Photodiot được dùng làm cảm biến ánh sáng. c. Pin Mặt Trời Pin Mặt Trời là các tấm pin quang điện làm bằng Si. Pin quang điện là những photodiot, nhưng được sử dụng làm nguồn điện. d. Diot phát quang Diot phát quang được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn thích hợp, sao cho nó có khả năng phát sáng mạnh, cho màu sắc mong muốn. Các diot được chế tạo theo hình dạng và được xếp đặt thích hợp để tạo những bộ hiển thị, màn hình lớn, 7. Pin nhiệt điện bán dẫn
17. Cặp nhiệt điện là một mạch kín tạo từ hai vật dẫn khác nhau, được hàn với nhau ở hai đầu. Nếu nhiệt độ hai mối hàn khác nhau thì trong mạch xuất hiện một suất điện động gọi là suất điện động nhiệt điện. Dòng điện chạy trong mạch gọi là dòng nhiệt điện. Người ta ghép nhiều cặp nhiệt điện làm từ hai thanh bán dẫn khác loại (n và P) tạo thành bộ pin nhiệt điện. Khi ghép các cặp nhiệt điện làm từ những thanh bán dẫn loại n và p, người ta còn thấy hiện tượng nhiệt điện ngược: khi có dòng điện chạy qua dãy cặp nhiệt điện thì các mối hàn sẽ nóng lên hoặc lạnh đi, và các mối hàn nóng lạnh xem kẽ nhau. Hiện tượng này được dùng để chế tạo thiết bị làm lạnh. 8. Tranzito a. Cấu tạo Tranzito là dụng cụ bán dẫn có hai lớp chuyển tiếp p – n. Phần giữa có nồng độ hạt mang điện thấp. Có hai loại tranzito: loại n – p – n và p – n – p. Tranzito có 3 cực: phần giữa là cực gốc (hay bazo, B), 2 cực còn lại là cực phát (hay emeto, E), cực góp (hay colecto, C). b. Hoạt động Người ta mắc tranzito theo mạch trên. Nguồn 1 cho dòng IE qua lớp chuyển tiếp E – B theo chiều thuận. Nguồn 2 thường lớn hơn từ 5 đến 10 lần, đặt vào lớp chuyển tiếp B – C một hiệu điện thế ngược. Khi hiệu điện thế giữa E và B biến thiên một lượng UEB thì IE và IB cũng biến thiên, làm cho IC cũng biến thiên. Điện trở R có giá trị khá lớn, khi IB biến thiên gây ra một biến thiên hiệu điện thế UIRRC . lớn hơn UEB nhiều lần. Ta nói biến thiên hiệu điện thế được khuếch đại trong mạch. 9. Vi mạch khuếch đại Một loại vi mạch khuếch đại thường dùng mạch khuếch đại thuật toán. Mạch gồm nhiều tầng khuếch đại dùng tranzito mắc liên tiếp, hệ số khuếch đại rất lớn. Hoạt động của mạch khuếch đại thuật toán phụ thuộc vào thông số đặc trưng của bản thân nó và của mạch bên ngoài nối với nó.
18. Để cho mạch có tác dụng người ta thường mắc mạch như hình vẽ, mạch này gọi là mạch hồi tiếp. Mạch khuếch đại thuật toán có chức năng: khuếch đại lọc lựa, phát tín hiệu tuần hoàn, sửa dạng tín hiệu, B. CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. Nêu sự khác nhau về tính chất điện giữa kim loại và bán dẫn ? Sự khác nhau về tính chất điện giữa kim loại và bán dẫn: Bán dẫn dẫn điện kém hơn kim loại nhưng tốt hơn điện môi. Điện trở của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng, còn kim loại thì điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất mạnh khi có tạp chất pha vào. Trong bán dẫn thì các loại hạt tải điện là electron tự do và lỗ trống. 2. Có những loại bán dẫn nào ? Trong mỗi loại bán dẫn đó, các hạt mang điện là những loại nào, có số lượng ra sao? Các loại bán dẫn : bán dẫn tinh khiết, bán dẫn loại n, bán dẫn loại p. Số lượng các hạt mang điện trong mỗi loại bán dẫn: + Bán dẫn tinh khiết : số electron tự do và số lỗ trống bằng nhau. + Bán dẫn loại n có số electron tự do rất lớn so với lỗ trống. + Bán dẫn loại p có số lỗ trống rất lớn so với số electron tự do.