SGK_drive / Class 11 / 530_20200918030451_vat-li---nc---da-ghep

H×nh 10.2 §Æc tuyÕn v«n-ampe cña mét ®o¹n d©y dÉn ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi.

Víi vËt dÉn kh«ng tu©n theo ®Þnh luËt ¤m, ®Æc tuyÕn v«n-ampe cã d¹ng ®ðêng cong, v× ®iÖn trë phô thuéc hiÖu ®iÖn thÕ U hoÆc cðêng ®é dßng ®iÖn I (xem Chð¬ng III).

H×nh 10.3 ChuyÓn ®éng cña h¹t t¶i ®iÖn ë bªn trong vµ bªn ngoµi nguån

®iÖn ( lµ lùc l¹ bªn trong nguån).

Trong c¸c lo¹i nguån ®iÖn kh¸c nhau, lùc l¹ cã b¶n chÊt kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n, trong pin, acquy th× lùc l¹ lµ lùc ho¸ häc ; trong c¸c m¸y ph¸t ®iÖn, lùc l¹ lµ lùc tõ t¸c dông lªn c¸c ªlectron chuyÓn ®éng trong tõ trðêng.

ë bªn trong nguån ®iÖn ph¶i cã mét nguån n¨ng lðîng nµo ®ã cho phÐp nã thùc hiÖn c«ng lªn c¸c ®iÖn tÝch vµ buéc chóng chuyÓn ®éng theo chiÒu ®· nãi. C«ng cña lùc l¹ thùc hiÖn khi ®ã ®ðîc gäi lµ c«ng cña nguån ®iÖn.

Nguån ®iÖn lµ thiÕt bÞ ®Ó t¹o ra vµ duy tr× hiÖu ®iÖn thÕ, nh»m duy tr× dßng ®iÖn trong m¹ch.

a)Nguån ®iÖn nµo còng cã hai cùc, lµ cùc dð¬ng

(+)vµ cùc ©m (−), lu«n ®ðîc nhiÔm ®iÖn dð¬ng, ©m kh¸c nhau ; gi÷a hai cùc ®ã cã mét hiÖu ®iÖn thÕ ®ðîc duy tr×. §Ó t¹o ra c¸c ®iÖn cùc nhð vËy, trong nguån ®iÖn ph¶i cã lùc thùc hiÖn c«ng ®Ó t¸ch c¸c ªlectron ra khái nguyªn tö trung hoµ, råi chuyÓn c¸c ªlectron hoÆc ion dð¬ng ®ðîc t¹o thµnh nhð thÕ ra

khái mçi cùc. Khi ®ã, mét cùc sÏ thõa ªlectron ®ðîc gäi lµ cùc ©m, cùc cßn l¹i thiÕu ªlectron hoÆc thõa Ýt ªlectron h¬n cùc kia gäi lµ cùc dð¬ng cña nguån ®iÖn. V× lùc ®iÖn t¸c dông gi÷a ªlectron vµ ion dð¬ng lµ lùc hót tÜnh ®iÖn, nªn ®Ó t¸ch chóng ra xa nhau nhð thÕ, bªn trong nguån ®iÖn cÇn ph¶i cã nh÷ng lùc mµ b¶n chÊt kh«ng ph¶i lµ lùc tÜnh ®iÖn ;

ngðêi ta gäi ®ã lµ lùc l¹.

b) Khi ta nèi hai cùc cña nguån ®iÖn b»ng mét vËt dÉn, t¹o thµnh m¹ch kÝn, th× trong m¹ch cã dßng ®iÖn. C¸c h¹t t¶i ®iÖn dð¬ng tõ cùc dð¬ng cña nguån ®iÖn (cã ®iÖn thÕ cao) ch¹y ®Õn cùc ©m (cã ®iÖn thÕ thÊp) (H×nh 10.3a). NÕu vËt dÉn lµm b»ng kim lo¹i th× chØ cã sù dÞch chuyÓn cña c¸c ªlectron tù do tõ cùc ©m, qua vËt dÉn, ®Õn cùc dð¬ng (H×nh 10.3b). Bªn trong nguån ®iÖn, dðíi t¸c dông cña lùc l¹, c¸c h¹t t¶i ®iÖn dð¬ng l¹i dÞch chuyÓn ngðîc chiÒu ®iÖn trðêng tõ cùc ©m ®Õn cùc dð¬ng. Khi ®ã, lùc l¹ thùc hiÖn mét c«ng th¾ng c«ng c¶n cña trðêng tÜnh ®iÖn bªn trong nguån ®iÖn.

4. SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn

§Ó ®Æc trðng cho kh¶ n¨ng thùc hiÖn c«ng cña nguån ®iÖn ngðêi ta ®ða vµo ®¹i lðîng gäi lµ suÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn, thðêng kÝ hiÖu lµ E.

1. HiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸

ThÝ nghiÖm chøng tá r»ng, nÕu mét thanh kim lo¹i tiÕp xóc víi mét chÊt ®iÖn ph©n (dung dÞch muèi, axit, baz¬), th× do t¸c dông ho¸ häc, trªn mÆt thanh kim lo¹i vµ ë dung dÞch ®iÖn ph©n xuÊt hiÖn hai lo¹i ®iÖn tÝch tr¸i dÊu nhau. Khi ®ã, gi÷a thanh kim lo¹i vµ dung dÞch ®iÖn ph©n cã mét hiÖu ®iÖn thÕ x¸c ®Þnh, gäi lµ hiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸. HiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸ cã ®é lín vµ dÊu phô thuéc vµo b¶n chÊt kim lo¹i, b¶n chÊt vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n.

Khi ta nhóng hai thanh kim lo¹i kh¸c lo¹i nhau vµo dung dÞch ®iÖn ph©n, th× do hiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸ gi÷a mçi thanh vµ dung dÞch ®iÖn ph©n lµ kh¸c nhau, nªn gi÷a hai thanh ®ã cã mét hiÖu ®iÖn thÕ x¸c ®Þnh. Dùa trªn c¬ së ®ã, ngðêi ta chÕ t¹o c¸c lo¹i pin ®iÖn ho¸ (gäi chung lµ nguån ®iÖn ho¸ häc

®ðîc kÝ hiÖu nhð trªn H×nh 11.1.). ë ®©y lùc ho¸ häc ®ãng vai trß lùc l¹.

H×nh 11.1 KÝ hiÖu nguån ®iÖn ho¸ häc. V¹ch dµi lµ cùc dð¬ng, v¹ch ng¾n lµ cùc ©m.

C1 H·y gi¶i thÝch sù xuÊt hiÖn hiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸ trong trðêng hîp kÏm nhóng vµo dung dÞch ZnSO4.

2.Pin V«n-ta

a)Nguån ®iÖn ho¸ häc ®ðîc chÕ t¹o ®Çu tiªn, sinh ra dßng ®iÖn duy tr× kh¸ l©u lµ pin V«n-ta (n¨m 1795).

Pin V«n-ta gåm mét cùc b»ng kÏm (Zn) vµ mét cùc b»ng ®ång (Cu) nhóng trong dung dÞch axit sunfuric (H2SO4) lo·ng (H×nh 11.2).

b) SuÊt ®iÖn ®éng cña pin V«n-ta ®ðîc t¹o thµnh nhð sau.

Do t¸c dông ho¸ häc, c¸c ion kÏm Zn2 + tõ thanh kÏm ®i vµo dung dÞch axit sunfuric lµm cho líp dung dÞch tiÕp gi¸p víi thanh kÏm tÝch ®iÖn dð¬ng. Thanh kÏm thõa ªlectron nªn tÝch ®iÖn ©m (H×nh 11.2). V× thÕ gi÷a thanh kÏm vµ dung dÞch

• Khi c¸c ion H+ cã trong dung dÞch tíi b¸m vµo cùc ®ång, chóng t¹o thµnh líp bät khÝ hi®r« (H) bao bäc xung quanh cùc ®ång, ng¨n c¶n c¸c ion H+ tiÕp theo b¸m vµo cùc. Do ®ã, líp bät khÝ nµy cã t¸c dông nhð mét líp ®iÖn trë, lµm cho ®iÖn trë trong cña pin t¨ng lªn ®¸ng kÓ. HiÖn tðîng nµy ®ðîc gäi lµ sù ph©n cùc cña pin. §Ó khö hi®r« bao quanh cùc ®ång (khö cùc), ta cã thÓ bao quanh cùc nµy b»ng mét chÊt «xi ho¸ m¹nh.

• Mét lo¹i pin ®iÖn ho¸ rÊt th«ng dông lµ pin L¬-clan-sª cã cùc ©m lµ kÏm, cùc dð¬ng lµ mét thanh than bao bäc xung quanh b»ng mét hçn hîp ®· nÐn chÆt, gåm mangan ®i«xit (MnO2) vµ graphit, ®Ó khö cùc vµ t¨ng ®é dÉn ®iÖn. Dung dÞch ®iÖn ph©n lµ dung dÞch am«ni clorua (NH4Cl). SuÊt ®iÖn ®éng cña pin nµy kho¶ng 1,5 V.

§Ó tiÖn dïng, ngðêi ta chÕ t¹o pin L¬-clan-sª dðíi d¹ng pin kh«. Khi ®ã, dung dÞch NH4Cl ®ðîc trén víi mét lo¹i hå ®Æc råi ®ãng vµo trong mét vá pin b»ng kÏm, vá pin nµy lµ cùc ©m (H×nh 11.3).

H×nh 11.3 Pin kh« L¬-clan-sª.

Mangan ®i«xit lµ mét chÊt «xi ho¸ m¹nh dïng lµm chÊt khö cùc, nã cã t¸c dông chuyÓn khÝ hi®r« tho¸t ra ë cùc (khi pin ho¹t ®éng) thµnh nðíc. NÕu kh«ng, khÝ hi®r« b¸m vµo cùc sÏ lµm gi¶m hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai cùc.

cã mét ®iÖn trðêng hðíng tõ dung dÞch ®Õn thanh kÏm. §iÖn

trðêng nµy ng¨n c¶n sù dÞch chuyÓn tiÕp theo cña c¸c ion Zn2 + tõ thanh kÏm vµo dung dÞch, ®ång thêi t¨ng cðêng sù dÞch chuyÓn ngðîc l¹i cña c¸c ion Zn2 + tõ dung dÞch vµo

thanh kÏm. Sù c©n b»ng ®iÖn ho¸ ®ðîc thiÕt lËp khi sè ion ®i

ra khái thanh kÏm vµ sè ion ®i vµo thanh kÏm b»ng nhau. ThÝ

nghiÖm chøng tá khi ®ã gi÷a thanh kÏm vµ dung dÞch cã hiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸ kho¶ng U1 = − 0,74 V.

Cßn ë phÝa thanh ®ång th× c¸c ion H+ cã trong dung dÞch

tíi b¸m vµo cùc ®ång vµ thu lÊy c¸c ªlectron cã trong thanh

®ång. Do ®ã, thanh ®ång mÊt bít ªlectron nªn ®ðîc tÝch ®iÖn

dð¬ng (H×nh 11.2). Khi c©n b»ng ®iÖn ho¸ ®ðîc thiÕt lËp, gi÷a

thanh ®ång vµ dung dÞch cã hiÖu ®iÖn thÕ ®iÖn ho¸ kho¶ng

U2 = 0,34 V.

KÕt qu¶ lµ gi÷a hai cùc cña pin V«n-ta cã hiÖu ®iÖn thÕ x¸c

®Þnh vµo kho¶ng :

E = U2 − U1 ≈ 1,1 V

§ã chÝnh lµ suÊt ®iÖn ®éng cña pin V«n-ta.

3.Acquy

a)Acquy ®¬n gi¶n lµ acquy ch×, cßn gäi lµ acquy

axit, gåm b¶n cùc dð¬ng b»ng ch× ®i«xit (PbO2) vµ b¶n cùc ©m b»ng ch× (Pb) ; c¶ hai b¶n ®ðîc nhóng

trong dung dÞch axit sunfuric (H2SO4) lo·ng. Do t¸c dông víi dung dÞch axit sunfuric, hai b¶n cùc cña

acquy ®ðîc tÝch ®iÖn kh¸c nhau vµ ho¹t ®éng gièng nhð mét pin ®iÖn ho¸. SuÊt ®iÖn ®éng cña acquy ch× kho¶ng 2 V.

Khi cho acquy ph¸t ®iÖn, do t¸c dông ho¸ häc, c¸c b¶n cùc cña acquy bÞ biÕn ®æi. Sau mét thêi gian, hai b¶n cùc trë thµnh gièng nhau (®Òu cã mét líp ch× sunfat (PbSO4) phñ ë bªn ngoµi) vµ khi ®ã dßng ®iÖn sÏ t¾t (H×nh 11.4). Muèn cho acquy l¹i cã thÓ ph¸t ®iÖn ®ðîc, ta n¹p ®iÖn cho nã ®Ó cho líp ch× sunfat ë hai b¶n cùc mÊt dÇn vµ cuèi cïng hai cùc trë l¹i thµnh Pb vµ PbO2.

b)Nhð vËy acquy lµ mét nguån ®iÖn cã thÓ n¹p l¹i ®Ó sö dông nhiÒu lÇn dùa trªn ph¶n øng ho¸ häc thuËn nghÞch : nã tÝch tr÷ n¨ng lðîng dðíi d¹ng ho¸ n¨ng (lóc n¹p ®iÖn), ®Ó råi gi¶i phãng n¨ng lðîng Êy dðíi d¹ng ®iÖn n¨ng (lóc ph¸t ®iÖn).

c)SuÊt ®iÖn ®éng cña acquy ch× thðêng cã gi¸ trÞ æn ®Þnh kho¶ng 2 V. Khi suÊt ®iÖn ®éng gi¶m xuèng ®Õn 1,85 V th× ta ph¶i n¹p ®iÖn l¹i cho acquy. Mçi acquy cã mét dung lðîng x¸c ®Þnh. Dung lðîng cña acquy lµ ®iÖn lðîng lín nhÊt mµ acquy cã thÓ cung cÊp ®ðîc khi nã ph¸t ®iÖn. Dung lðîng cña acquy ®ðîc ®o b»ng ampe giê (kÝ hiÖu A.h). Ampe giê lµ ®iÖn lðîng do dßng ®iÖn cã cðêng ®é 1 A t¶i ®i trong mét giê : 1 A.h = 3 600 C.

d)Ngoµi acquy ch× nãi trªn, ngðêi ta cßn dïng acquy

kiÒm, cã hiÖu suÊt nhá h¬n acquy axit, nhðng l¹i rÊt tiÖn lîi v×

nhÑ vµ bÒn h¬n.

Acquy kiÒm, thðêng gåm hai lo¹i : acquy s¾t - niken vµ

acquy ca®imi - niken. Trong acquy ca®imi - niken, cùc dð¬ng

®ðîc lµm b»ng niken hi®r«xit Ni(OH)2, cßn cùc ©m lµm b»ng ca®imi hi®r«xit Cd(OH)2 ; c¸c cùc ®ã nhóng trong dung dÞch kiÒm KOH hoÆc NaOH.

•VÒ mÆt sö dông, ngðêi ta cßn quan t©m ®Õn ®iÖn n¨ng tæng céng mµ acquy tÝch luü ®ðîc, tÝnh ra o¸t giê (W.h), hoÆc W.h/kg.

•Tõ n¨m 1990 ngðêi ta ®· chÕ t¹o ®ðîc acquy liti - ion (dung dÞch ®iÖn ph©n lµ muèi liti) tÝch luü ®ðîc n¨ng lðîng tíi 150 W.h/kg, lín gÊp hai lÇn so víi acquy kiÒm. N¨m 1999 l¹i chÕ t¹o ®ðîc acquy liti - p«lime, cã chÊt ®iÖn ph©n lµ mét mµng máng p«lime xèp d¸n gi÷a hai ®iÖn cùc ; nhê ®ã, acquy cã thÓ chÕ t¹o dðíi d¹ng mét tÊm máng, mÒm dÎo, cã thÓ ®Æt sau mµn h×nh m¸y tÝnh, thïng xe « t«...

1. C«ng vµ c«ng suÊt cña dßng ®iÖn ch¹y qua mét ®o¹n m¹ch

a) C«ng cña dßng ®iÖn

Khi ®Æt mét hiÖu ®iÖn thÕ U vµo hai ®Çu ®o¹n m¹ch tiªu thô ®iÖn n¨ng, th× c¸c ®iÖn tÝch tù do (h¹t t¶i ®iÖn) cã trong ®o¹n m¹ch chÞu t¸c dông cña lùc ®iÖn, chuyÓn dêi cã hðíng, t¹o thµnh dßng ®iÖn ch¹y qua ®o¹n m¹ch. NÕu dßng ®iÖn cã cðêng ®é I, th× sau mét thêi gian t sÏ cã ®iÖn lðîng q = It di chuyÓn trong ®o¹n m¹ch vµ, theo c«ng thøc (4.2) lùc ®iÖn thùc hiÖn mét c«ng lµ :

C«ng nµy ®ðîc gäi lµ c«ng cña dßng ®iÖn.

VËy, c«ng cña dßng ®iÖn ch¹y qua mét ®o¹n m¹ch lµ c«ng cña lùc ®iÖn lµm di chuyÓn c¸c ®iÖn tÝch tù do trong ®o¹n m¹ch vµ b»ng tÝch cña hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu ®o¹n m¹ch víi cðêng ®é dßng ®iÖn vµ thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua ®o¹n m¹ch ®ã.

C«ng cña dßng ®iÖn ch¹y qua mét ®o¹n m¹ch còng lµ ®iÖn n¨ng mµ ®o¹n m¹ch ®ã tiªu thô.

b) C«ng suÊt cña dßng ®iÖn

Jun

(James Prescott Joule, 1818 − 1889, nhµ vËt lÝ ngðêi Anh)

LEN-X¥

(Henrich Friedric Emil Lenz, 1804 − 1865, nhµ vËt lÝ ngðêi Nga)

H×nh 12.1 S¬ ®å thÝ nghiÖm kiÓm chøng ®Þnh luËt Jun − Len-x¬.

B×nh nhiÖt lðîng kÕ B ®ùng nðíc. VËt dÉn cã ®iÖn trë R ®ðîc nhóng trong nðíc.

C1 Nªu nguyªn t¾c cña thÝ nghiÖm kiÓm chøng ®Þnh luËt Jun − Len-x¬.

C«ng suÊt to¶ nhiÖt P ë vËt dÉn khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua ®Æc trðng cho tèc ®é to¶ nhiÖt cña vËt dÉn ®ã, vµ ®ðîc x¸c ®Þnh b»ng nhiÖt lðîng to¶ ra ë vËt dÉn ®ã trong mét ®¬n vÞ thêi gian :

C«ng suÊt cña dßng ®iÖn ch¹y qua mét ®o¹n m¹ch b»ng tÝch cña hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu ®o¹n m¹ch vµ cðêng ®é dßng ®iÖn ch¹y qua ®o¹n m¹ch ®ã.

C«ng suÊt cña dßng ®iÖn ch¹y qua mét ®o¹n m¹ch còng lµ c«ng suÊt ®iÖn tiªu thô cña ®o¹n m¹ch ®ã.

c) §Þnh luËt Jun − Len-x¬

Trong trðêng hîp ®o¹n m¹ch chØ cã ®iÖn trë R (®o¹n m¹ch thuÇn ®iÖn trë), c«ng cña lùc ®iÖn chØ cã t¸c dông lµm t¨ng néi n¨ng vËt dÉn. KÕt qu¶ lµ vËt dÉn nãng lªn vµ to¶ nhiÖt ra m«i trðêng xung quanh, ®ã lµ t¸c dông nhiÖt cña dßng ®iÖn. Nhð vËy, c«ng thøc (12.2) còng biÓu thÞ nhiÖt lðîng Q lµm t¨ng néi n¨ng cña vËt dÉn vµ to¶ ra m«i trðêng xung quanh. ¸p dông ®Þnh luËt ¤m cho ®o¹n m¹ch cã ®iÖn trë ta cã thÓ viÕt l¹i c«ng thøc (12.2) dðíi c¸c d¹ng kh¸c nhau :

KÕt qu¶ nãi trªn ®· ®ðîc hai nhµ b¸c häc Jun (ngðêi Anh) vµ Len-x¬ (ngðêi Nga) cïng t×m ra b»ng thùc nghiÖm vµo n¨m 1843 vµ ®ðîc gäi lµ ®Þnh luËt Jun − Len-x¬, ph¸t biÓu nhð sau :

NhiÖt lðîng to¶ ra trªn mét vËt dÉn tØ lÖ thuËn víi ®iÖn trë cña vËt, víi b×nh phð¬ng cðêng ®é dßng ®iÖn vµ víi thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua vËt.

2. C«ng vµ c«ng suÊt cña nguån ®iÖn

a) C«ng cña nguån ®iÖn

Trong mét m¹ch ®iÖn kÝn, nguån ®iÖn thùc hiÖn c«ng, lµm di chuyÓn c¸c ®iÖn tÝch tù do cã trong m¹ch,

t¹o thµnh dßng ®iÖn. C«ng nµy bao gåm c«ng cña lùc ®iÖn vµ c«ng cña lùc l¹. Theo Bµi 4, ta cã thÓ suy ra, c«ng cña lùc ®iÖn khi ®iÖn tÝch dÞch chuyÓn theo m¹ch kÝn b»ng kh«ng. Do ®ã, theo c«ng thøc (10.6) c«ng cña nguån ®iÖn lµ :

C«ng cña nguån ®iÖn còng lµ c«ng cña dßng ®iÖn ch¹y trong toµn m¹ch. §ã còng lµ ®iÖn n¨ng s¶n ra trong toµn m¹ch.

b) C«ng suÊt cña nguån ®iÖn

C«ng suÊt cña nguån ®iÖn cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña nguån ®iÖn thùc hiÖn trong mét ®¬n vÞ thêi gian :

C«ng suÊt cña nguån ®iÖn cã trÞ sè b»ng c«ng suÊt cña dßng ®iÖn ch¹y trong toµn m¹ch. §ã còng lµ c«ng suÊt ®iÖn s¶n ra trong toµn m¹ch.

3. C«ng suÊt cña c¸c dông cô tiªu thô ®iÖn

C¸c dông cô (hay thiÕt bÞ) tiªu thô ®iÖn chuyÓn ho¸ ®iÖn n¨ng thµnh c¸c d¹ng n¨ng lðîng kh¸c nhau (néi n¨ng, ho¸ n¨ng, c¬ n¨ng...).

Cã hai lo¹i dông cô tiªu thô ®iÖn lµ dông cô to¶ nhiÖt vµ m¸y thu ®iÖn. M¸y thu ®iÖn lµ dông cô mµ phÇn lín ®iÖn n¨ng ®ðîc chuyÓn ho¸ thµnh n¨ng lðîng kh¸c, kh«ng ph¶i lµ nhiÖt.

a) C«ng suÊt cña dông cô to¶ nhiÖt

Trong dông cô to¶ nhiÖt (bÕp ®iÖn, bµn lµ...), toµn bé ®iÖn n¨ng cung cÊp cho dông cô ®ðîc chuyÓn ho¸ thµnh nhiÖt. C¸c dông cô lo¹i nµy chØ chøa ®iÖn trë.

§iÖn n¨ng tiªu thô cña dông cô to¶ nhiÖt ®ðîc tÝnh theo c«ng thøc :

B¶ng 12.1

C«ng suÊt cña mét sè nguån ®iÖn