Thư Viện Công Thức Vật Lý

CÁCH TẠO DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG

1/Khái niệm chân không: chân không là môi trường đã lấy đi tất cả các phần tử khí. Không chứa các hạt tải điện.

2/Dòng điện trong chân không

  Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó.

3/Cách tạo ra dòng điện trong chân không

   Xét một ống chân không có hai cực và môi trường là chân không.Đặt vào anot và catot một hiệu điện thế $U_{AK}>0$ ,dẫn đến catot bi nung nóng đỏ các electron bức ra do chuyển động nhiệt dưới tác điện trường các electron này bay đến anot tạo thành dòng điện.Khi $U_{AK}$ càng lớn, thì dòng điện bão hòa càng lớn (do số electron đến được điện cực nhiều hơn).

4/ Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chân không vào hiệu điện thế 

TIA CATOT (TIA ÂM CỰC)

1/Hoạt động của tia catot

Đặt một hiệu điện thế lớn vào hai cực, sau đó dùng bơm để hút hết không khí ra ngoài để môi trường là chân không.

2/Tính chất

+ Tia catot tích điện âm cho vật cản.

+ Tia catot có năng lượng lớn, làm đen kính ảnh.

+ Tia catot bị lệch trong điện trường, từ trường.

3/ Ứng dụng

Làm đèn hình, ống phòng điện tử.

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

1.Chất khí là môi trường không dẫn điện

Các phân tử khí không dẫn điện vì các phân tử khi đều ở trạng thái trung hòa điện, nên không tải điện ở điều kiện thường.

2.Dòng điện trong chất khí

Nhờ có các tác nhân các làm các phân tử khí bị ion hóa thành ion dương và electron tự do.Các hạt này đóng vai trò hạt tải điện

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dởi có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và các eelctron tự do ngược chiều điện trường.

3. Quá trình dẫn điện không tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.

- Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.

Nó có 3 đoạn rõ rệt:

+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.

+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.

+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.

4. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí có thể duy trì, không cần ta liên tục đưa hạt tải điện vào, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.

- Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

1. Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra êlectron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào, làm bật êlectron ra khỏi catôt và trở thành hạt tải điện.

Tuỳ cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.

Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện

TIA LỬA ĐIỆN VÀ HỒ QUANG ĐIỆN

1.Qúa trình dẫn điện tự lực

a/Định nghĩa :Qúa trình dẫn điện tự lực là quá trình xuất hiện dòng điện trong chất khí có thể tự duy trì không cần tạo ra các hạt tải điện.

b/Điều kiện: 

+ Dòng điện chạy qua làm tăng nhiệt độ , các phân tử khí bị ion hóa.

+ Cường độ điện trường trong không khí rất lớn làm phân tử khí bị ion hóa.

+Các điện cực bi nung nóng đỏ có thể phát ra electron.

+ Các ion dương có năng lượng lớn đập vào điện cực có thể phát ra 

2.Tia lửa điện

a/Định nghĩa: Tia lửa điện là quá trình dẫn điện tự lực khi điện trường đủ mạnh làm ion hóa chất khí thành ion dương và electron.

b/Điều kiện: Tia lửa điện có thể hình thành ở điều kiện thường khi điện trường tới ngưỡng 3.${10}^6$ V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.

c/Ứng dụng: Bộ phận đánh lửa sét ,từ đám mây giông.

3.Hồ quang điện

a/Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình dẫn điện tự lực của chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp , đặt vào hai điện thế không lớn có kèm nhiệt và phát sáng.

b/Điều kiện:

+ Làm cho hai đầu nóng đỏ, cung cấp điện trường đủ mạnh

+ Có dạng vòng cung và phát sáng giữa hai điện cực xung quanh có nhiệt độ cao nên dẫn điện tốt.

c/Ứng dụng : Hàn , đun chảy vật liệu, làm đèn phát sáng.

Với $A_{MN}$ công lực điện từ M đến N.

      $q \left(C\right)$ điện tích của hạt.

      $U_{MN}$ hiệu điện thế giữa hai điểm $MN$

Với 

$I \left(A\right)$ là cường độ dòng điện.

$S \left(m^2\right)$ là tiết điện ngang của dây.

$i \left(A/m^2\right)$ là mật độ dòng điện.

$n \left(hat/m^3\right)$ là mật độ hạt mang điện.

$v \left(m/s^2\right)$ là tốc độ trung bình của chuyển động có hướng của các hạt mang điện.

Định luật nút mạch:

Tổng cường độ dòng điện có chiều vào nút bằng với tổng cường độ dòng điện của các dòng điện có chiều ra khỏi nút.

$$\begin{gathered} I_{in}=I_{out} \\ {I}_1+I_2=I_3+I_4 \end{gathered}$$

Định nghĩa :Moment ngẫu lực từ là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay khung dây có dòng điện đặc trong từ trường.

Công thức $M=NBIS\sin \left(\alpha \right) ; \alpha =\left(\widehat{\overrightarrow{n},\overrightarrow{B}}\right)$

Hai dây dẫn cùng chiều dòng điện sẽ hút nhau , ngược chiều sẽ đẩy nhau

Với $H\text{'}$ Hiệu suất tạo dòng quang điện 

      $N_{e đến}$ số electron đến được anot

      $N_{e bức ra}$ số electron bức ra khỏi kim loại

      $I_{bh}$ dòng điện lúc bão hòa

Với $I_{bh}$ là dòng điện khi tất cả e bức ra đều đến catot

      I là dòng điện đo được bằng Ampe kế (A)

     $N_{e đến}$ là số electron đến được anot

Xét 2 quả cầu A , B có thể nhiễm điện bằng cách chiếu ánh sáng thích hợp

$V_{Amax}=\frac{hc}{e}\left(\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_{01}}\right)$

$V_{Bmax}=\frac{hc}{e}\left(\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_{02}}\right)$

Khi điện thế 2 quả cầu cực đại người ta nối điện trở R ở giữa :

TH1 $I=\frac{\left|V_{Amax}-V_{Bmax}\right|}{R}=\frac{hc}{e}\left|\left(\frac{1}{{\lambda }_{01}}-\frac{1}{{\lambda }_{02}}\right)\right|$ $\lambda <{\lambda }_{01},\lambda <{\lambda }_{02}$ Dòng điện đi từ điện thế cao sang thấp

TH2  $I=\frac{V_{Amax}}{R} ; {\lambda }_{01}>\lambda >{\lambda }_{02}$dòng điện đi từ A sang B xem B như là nối đất

TH3 :$I=\frac{V_{Bmax}}{R}:{\lambda }_{02}>\lambda >{\lambda }_{01}$ dòng điện đi từ B sang A xem A như là nối đất