Thư Viện Công Thức Vật Lý

Trong đó:

$i_c$: cường độ dòng điện cảm ứng (A).

$e_c$: suất điện động cảm ứng của khung dây (V).

R: điện trở của khung dây ($\Omega$).

- Theo quy tắc bàn tay trái hướng của lực từ tác dụng lên các cạnh giống như hình vẽ.

- Vì các cạnh vuông góc với từ trường nên α = 90°, độ lớn lực từ tính theo:

$\left\{\begin{array}{l}{F}_1 = F_3 =B.I.AB.\sin \left(90\right) = B.I.AB\\ F_2 = F_4 =B.I.BC.\sin \left(90\right) = B.I.BC\end{array}\right.$

Lực tổng hợp tác dụng lên khung dây:

$\overrightarrow{F} = \overrightarrow{F_1} + {\overrightarrow{F}}_2 + {\overrightarrow{F}}_3 + {\overrightarrow{F}}_4$

Quy tắc bàn tay phải:

Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.

Quy ước:

có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi vào.

có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi ra.

Ví dụ: 

Công suất tiêu thụ trên mạch ngoài:

$P = R{I}^2 = R.{\left(\frac{\mathcal{E}}{R\hspace{0.17em}+ r}\right)}^2 = \frac{R.{\mathcal{E}}^2}{R^2 + 2Rr + r^2}=\frac{{\mathcal{E}}^2}{\left(R + {\displaystyle \frac{r^2}{R}}\right) + 2r}$

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy:

$$\begin{gathered} R + \frac{r^2}{R}\ge 2\sqrt{R . \frac{r^2}{R}} \\ \Rightarrow R + \frac{r^2}{R}\ge 2r \end{gathered}$$

Vậy $P_{max} = \frac{{\mathcal{E}}^2}{4r}$

Dấu “=” xảy ra khi $R = \frac{r^2}{R}\Rightarrow R = r$

=> Nếu R = r thì công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là cực đại.

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.

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

1/Định nghĩa chất điện phân

Chất điện phân là những dung dịch muối, axit ,bazo và các muối, bazo nóng chảy có tính chất cho dòng điện chạy qua.

Ví dụ: dung dịch HCL, Oxit nhôm nóng chảy.

2.Dòng điện trong chất điện phân

Khi các axit,bazo,muối hòa tan vào nước dễ phân li tạo thành các ion dương và các ion âm. Số lượng phân li [hụ thuộc nồng độ và nhiệt độ

Các ion chuyển động nhiệt hỗn loạn.Trong quá trình chuyển động các ion dương và ion âm có thể kết hợp lại tạo thành phần tử trung hòa.

KL: Dòng điện trong chất diên phân là sự chuyển dởi có hướng của các ion  dương cùng chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

HIỆN TƯỢNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC

1.Bình điện phân: gồm hai điện cực làm bằng kim loại hay than chì được nhúng vào chất điện phân.

Kí hiệu:

2.Hiện tượng duơng cực tan:

Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương anot bi ăn mòn, cực âm có kim loại bám vào khi cho dòng điện một chiều chạy qua bình điện phân có ion kim loại trong dung dịch diện phân mà anot củng làm bằng chính kim loại ấy.

Ví dụ : Điện phân dung dịch $CuS{O}_4$ điện cực làm bằng đồng.

Tại Anot: Đồng trên điện cực nhường 2e và $S{O_4}^{2-}$ kéo  vào dung dịch: $Cu\to C{u}^{2+}+2e^{-}$

Tại Catot: các ion đồng di chuyển về phía catot nhận 2e trở thành đồng bám lên catot: $C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu$

Kết quả : Đồng trên điện cực anot giảm ,trên catot thì tăng.

3.Phản ứng phụ

Phản ứng phụ là phản ứng hóa học của các nguyên tử trung hòa hình thành khi các ion đến các điện cực nhường , nhận eclectron có thể tác dụng với các điện cực , dung môi.

Ví dụ: Điện phân dung dịch $H_{2}S{O}_4$ điện cực bằng than chì.

Tại Anot: Các ion $H^{+}$ đến nhận 2e trở thành phân tử khí  $2H^{+}+2e^{-}\to H_2\uparrow$

Tại Catot: Các ion $S{O_4}^{2-},O{H}^{-}$do nước phân li di chuyển đến nhưng chỉ $O{H}^{-}$ nhường bớt e để tạo thành khí $4O{H}^{-}-4e\to O_2+2H_{2}O$

Kết quả: Tạo ra khí $H_2,O_2$

$I_{AB}$ dòng điện trên đoạn AB

$U_{AB}$ hiệu điện thế giữa hai đầu AB

Ta chọn chiều dòng điện A đến B

Nếu dòng điện đi vào cực dương thì ta lấy $-\mathcal{E}$ và ngược lại ta lấy $+\mathcal{E}$.

Khi tính toán: $I>0$ thì dòng điện đúng chiều ban đầu chọn và ngược lại $I<0$ thì ngược chiều so với chiều đã chọn.

Ứng dụng: Dùng để tính hiệu điện thế giữa hai điểm.

Góc lệch cực tiểu $D_{min}$ khi $i_1=i_2$ ,$r_1=r_2=\frac{A}{2}$

$D_{min}=2i-A$

$\sin \left(\frac{D_{min}+A}{2}\right)=n\sin \left(\frac{A}{2}\right)$

Với $i=i\text{'}$

$D\left(°\right)$ góc lệch giữa tia tới và tia phản xạ

$i$ góc tới 

Ánh sáng truyền từ vật đến mắt : không khí đến nước $\left(n_2>n_1\right)$

Độ cao thật của vật : $SH=\frac{HI}{\tan i}$

Độ cao của ảnh : $S\text{'}H=\frac{HI}{\tan r}$

$\frac{S\text{'}H}{SH}=\frac{\tan i}{\tan r}$

Do 

$$\begin{gathered} n_2>n_1\Rightarrow r<i \\ \Rightarrow S\text{'}H>SH \end{gathered}$$

Góc tới mắt nhỏ : $S\text{'}H=\frac{n_2}{n_1}SH$