Tin tức

Tại Sao Có Dòng Điện Chảy – Lực Điện Động (EMF)

Posted on by huuthinh

Công【What Work Is】

Bạn đã học được rằng khi các electron di chuyển, chúng tạo ra dòng điện, và đơn vị đo của dòng này là ampe, tương đương với một lượng coulomb (nhiều electron) chuyển động qua mỗi giây. Để tạo ra hoặc duy trì sự chênh lệch điện tích giữa hai điểm, cần phải có năng lượng (energy). Khi một dây dẫn được kết nối giữa hai điểm này, dòng điện sẽ chảy. Việc tiêu tốn (tiêu hao) năng lượng được gọi là công (công việc | work), và giống như hầu hết mọi thứ, nó có một đơn vị đo. Trong hệ thống đo tiêu chuẩn Anh (dựa trên pounds và “feet, foot”), thì đơn vị của công (công việc | work) là “foot pound”;  nghĩa là, năng lượng cần thiết để nâng 1 pound lên một khoảng cách là 1 foot. Ngược lại, nếu một vật có trọng lượng 1 pound đã được nâng lên từ mặt đất 1 foot, chúng ta có thể kết nối nó với một hệ thống cơ chế máy móc (mechanism) nào đó và lấy thu hồi lại lượng công (công việc | work) đó nếu để nó rơi xuống 1 foot. Khi một vật có trọng lượng nặng được chuẩn bị để thực hiện công (công việc | work), chúng ta nói rằng nó có năng lượng tiềm năng (thế năng | potential energy), tức là có khả năng (thế năng) để thực hiện công (công việc | work). Mét và gram là các đơn vị về khoảng cách và trọng lượng được sử dụng bởi các nhà khoa học trong hệ thống đo mét, và được sử dụng trên toàn thế giới. Trong hệ thống đo mét, đơn vị của công (công việc | work) đã được đặt một cái tên đặc biệt là “joule”. Một joule bằng khoảng 3/4 foot pound (nói chính xác là 1 joule = 0,7376 foot pound).

Chú Thích

  • (Mechanical Work): Công cơ học
  • (Energy “work”): năng lượng (công, lực, lực gián tiếp để chuyển lực này sang lực khác)
  • (Requirered, to raise = 1 foot pound): Năng lượng cần để, nâng lên = 1 foot pound
  • (Resulting from fall): Kết quả từ, việc rơi thả xuống = 1 foot pound
  • (Ft): đơn vị đo khoảng cách, chiều dài
  • (Ib): đơn vị đo khối lượng
  • (Potential “poised to fall’ = 1 foot pound): Năng lượng tiềm năng (Sẵn sàng để rơi) = 1 foot pound
  • (Potential energy = capacity to work): Năng lượng tiềm năng = (tích lũy) Khả năng thực hiện công
  • (Measurement of work): hệ thống đo lường công
  • (In english system: work = expenditure of energry = foot pound): trong hệ thống đo lường Anh: Công = Sử dụng (tiêu tốn) Năng lượng = foot pound
  • (In metric system: work = expenditure of energry = gram meters): Trong Hệ thống đo lường Mét: Công = Sử dụng (tiêu tốn) năng lượng = gram mét
  • (or, The Joule = Special Metric Unit of Work = % foot pound (0.7376 ft Ib)): Hoặc, Joule = Đơn vị đặc biệt đo Công trong Hệ thống Mét = 3/4 foot pound (0.7376 ft lb)

EMF (Lực Điện Động) Là Gì 【What EMF (Electromotive Force) Is】

Bạn có thể thắc mắc rằng việc nói về công này có liên quan gì đến điện, vậy hãy xem mối liên hệ đó là gì. Vì chúng ta biết rằng cần có công (work) để tách các điện tích ra khỏi nhau, do đó khi các điện tích này kết hợp lại, công sẽ xảy ra. Các điện tích bị tách ra, hay sự chênh lệch điện thế (hiệu điện thế | potential difference), biểu thị cho tiềm năng (khả năng) để thực hiện công (công việc, lực | work), tương tự như trọng lượng của chúng ta đang treo lơ lửng, mà chuẩn bị rơi. Như bạn sẽ thấy trong phần tiếp theo, có một số loại năng lượng có thể được sử dụng để tạo ra điện (electricity); tức là, để duy trì sự chênh lệch điện thế (sự khác biệt tiềm năng, hiệu điện thế | potential difference). Chính sự chênh lệch điện thế này khiến các electron di chuyển và do đó thực hiện công hoặc được sử dụng để tạo ra các dạng năng lượng khác.

Đơn vị của chênh lệch điện thế (hiệu điện thế | potential difference) là volt. Một volt được xác định là chênh lệch điện thế cần thiết để tạo được 1 joule công, khi một coulomb điện tích (electron) chảy qua. Do đó, chúng ta có một lực đẩy điện từ (lực điện động, suất điện động | EMF) – lực đẩy electron (electron moving force) – hoặc chênh lệch điện thế (hiệu điện thế | potential differnce) là một volt khi điều này xảy ra.

Chúng ta đo sự chênh lệch điện thế (hiệu điện thế | potential difference) hoặc lực điện động (EMF) bằng volts, và gọi sự chênh lệch điện thế được đo được là điện áp (voltage). (Và vì emf được đo bằng vôn nên emf thường được gọi hoặc được đánh đồng với điện áp, “voltage). Ký hiệu mà chúng ta sử dụng cho điện áp voltage là “E” hoặc “V”.

Chú Thích

  • (Voltage is a measure potentail difference): Điện áp là một cách để đo lường sự chênh lệch điện thế
  • (Measure For The Capacity (potential) of an Electric Charge To Do Work = JOULES per Coulomb of Charge Transferred): Đơn vị đo lường cho khả năng (tiềm năng) của một điện tích điện để thực hiện công = JOULES trên Coulomb điện tích được truyền chuyển đi
  • (1 JOULE of Work per Coulomb of Charge Transferred = an EMF of 1 Volt): 1 JOULE công mỗi Coulomb điện tích được chuyển đi = một EMF (Lực Điện Động) là 1 Volt
  • (Voltage = Measured Potential Difference = E or V): Điện áp = Sự chênh lệch điện thế đo được = E hoặc V

Công Suất Điện (Năng Lượng Điện) Là Gì【What Electric Power Is】

Như bạn đã biết, mỗi khi có một lực nào đó gây ra sự chuyển động, thì công sẽ được thực hiện. Ví dụ, khi có một lực cơ học được sử dụng để nâng một vật nặng, thì công sẽ được thực hiện. Tuy nhiên, nếu có một lực được sử dụng mà không gây ra sự chuyển động, chẳng hạn như lực của một lò xo được giữ dưới sức căng giữa hai vật không chuyển động, thì không gây công.

Bạn biết rằng sự chênh lệch điện thế (hiệu điện thế) giữa hai điểm bất kỳ trong mạch điện sẽ tạo ra một điện áp “voltage” (khi hai điểm được nối với nhau), khiến cho các electron di chuyển và dòng điện chảy qua. Đây là một trường hợp rõ ràng về một lực gây ra chuyển động và làm cho công được thực hiện. Do đó, bất cứ khi nào một điện áp (voltage) làm cho các electron chuyển động, thì công sẽ được thực hiện để chuyển động chúng.

Tốc độ thực hiện công (lực) khi các electron di chuyển từ điểm này sang điểm khác được gọi là công suất điện (điện năng, năng lượng điện | electric power). (Nó được biểu thị bằng ký hiệu “P”). Đơn vị cơ bản để đo công suất điện là “Watt”. Nó có thể được định nghĩa là tốc độ thực hiện công trong mạch, có dòng điện 1 ampe chạy, khi suất điện động (EMF) đặt vào là 1 volt.

Chú Thích

  • (When a force causes motion work is done): Khi có một lực làm cho vật di chuyển, thì công được thực hiện.
  • (No work being done): Không có công được thực hiện
  • (Work being done): Đang có công đang được thực hiện
  • (Power is rate of work): Công suất là tốc độ thực hiện (Công) công việc (hoặc Công suất là tốc độ làm việc)
  • (Low power – fewer electrons per minute): Công suất thấp – ít electron di chuyển mỗi phút
  • (High power – more electrons per minute): Công suất cao – nhiều electron di chuyển mỗi phút

Làm Thế Nào Lực Điện Động (EMF) Được Duy Trì【How EMF Is Maintained】

Để tạo ra dòng điện liên tục, các điện tích cần được duy trì sao cho sự chênh lệch về điện thế (difference of potential hoặc điện áp “voltage”) luôn tồn tại. Ví dụ, ở các cực của pin, sự chênh lệch này là do tác động hóa học bên trong pin gây ra, và khi electron di chuyển từ cực (-) đến cực (+), tác động hóa học sẽ duy trì sự chênh lệch này. Máy phát điện trong ô tô của bạn hoạt động theo cách tương tự, với sự hoạt động của một sợi dây dẫn điện di chuyển trong từ trường để duy trì sự chênh lệch điện tích ở các cực của máy phát điện. Năng lượng cần thiết để di chuyển dây qua từ trường của máy phát điện đến từ động cơ. Sự chênh lệch điện áp giữa các cực của máy phát điện hoặc pin không đổi, và điện tích trên các cực không bao giờ bằng nhau cho đến khi tác động hóa học trong pin tiếp tục, và dây máy phát tiếp tục di chuyển qua từ trường.

Chú Thích

  • (A battery maintains emf): Một viên pin duy trì lực điện động EMF
  • (Battery): viên pin, ắc quy
  • (Current flow): Dòng điện chảy
  • (Nichrome wire): Dây Nichrome – dây chịu nhiệt
  • (Battery discharging): Sự xả điện của pin
  • (EMF maintained) Lực điện động EMF được duy trì

Nếu sự khác biệt điện tích không được duy trì ở các cực, như trong trường hợp của hai thanh nhiễm điện, được hiển thị bên dưới, dòng điện sẽ làm cho hai điện tích trở nên bằng nhau khi electron dư của thanh (-) di chuyển đến thanh (+). Điện áp giữa các cực sau đó sẽ giảm xuống 0 volt, và dòng điện sẽ không còn chảy nữa.

Chú Thích

  • (charged bars cannot): Các thanh tích điện không thể duy trì lực điện động EMF
  • (Charged bars): thanh tích điện
  • (Current flow): Dòng điện chảy
  • (Bars discharging): Thanh đang xả điện (thanh bắt đầu mất điện tích)
  • (No current flow): không có dòng điện chảy
  • (EMF not maintained): Lực điện động EMF không được duy trì

Điện Áp và Dòng Điện【Voltage and Current Flow】

Khi bạn nối hai điểm có điện áp (điện thế) khác nhau, dòng điện sẽ chảy qua. Điện áp (voltage) càng cao, dòng điện chảy (current flow) càng mạnh. Thiết bị điện được thiết kế để hoạt động với một lượng dòng điện nhất định và khi vượt quá mức này, thiết bị điện có thể bị hỏng. Bạn thường thấy điện áp (emf, điện áp định mức | voltage rating indicated) được ghi trên các thiết bị như đèn, động cơ, radio, vv. Ở Bắc Mỹ, điện áp thông thường là 120 volt. Ví dụ, nếu một đèn ghi là 120 volt, nghĩa là cần điện áp đó để hoạt động. Sử dụng điện áp cao hơn sẽ làm đèn cháy hỏng, còn sử dụng điện áp thấp hơn sẽ không đủ để làm đèn sáng. Dòng điện làm cho thiết bị hoạt động, nhưng cần có điện áp để dòng điện có thể chạy. Giá trị của điện áp quyết định cường độ dòng điện sẽ chảy.

Khi hai điểm có điện áp (điện thế) không đồng đều được kết nối, dòng điện sẽ chảy. EMF (điện thế) hoặc điện áp càng cao, cường độ dòng điện chảy (current flow) càng mạnh. Thiết bị điện được thiết kế để hoạt động với một lượng dòng điện nhất định và khi vượt quá giới hạn này, thiết bị điện có thể bị hỏng. Bạn thường thấy tất cả các loại thiết bị như đèn điện, động cơ, radio, v.v., có chỉ số điện áp định mức (voltage rating indicated). Điện áp có thể khác nhau trên một số loại thiết bị nhất định, nhưng thông thường ở Bắc Mỹ là 120 volt. Ví dụ, nếu một chiếc đèn ghi là 120 volt, nghĩa là cần điện áp đó để hoạt động. Sử dụng điện áp cao hơn sẽ tạo ra dòng điện lớn hơn và làm cháy đèn gây hỏng, trong khi điện áp thấp hơn sẽ không tạo ra đủ dòng điện để đèn sáng bình thường. Trong khi dòng điện (current flow) làm cho thiết bị hoạt động, nhưng cần phải có lực điện động EMF (điện thế, điện áp) để làm cho dòng điện có thể chảy qua, và giá trị của điện áp, quyết định cường độ dòng điện sẽ chảy.

Chú Thích

  • (Use the rated voltage and the rated current will flow): Khi sử dụng điện áp định mức và dòng điện định mức đúng, dòng điện sẽ chảy
  • (50 volts, Lamp not lit or glows dimly. Current too low to make lamp filament glow at proper brightness): 50 Volts – Đèn không sáng hoặc sáng rất mờ. Dòng điện quá thấp để làm cho đèn sáng với độ sáng đúng
  • (120 volts, Lamp operates normally, Normal current): 120 Volts – Đèn sáng bình thường. Dòng điện bình thường
  • (220 volts, Lamp burned out. Excessive current over heated lamp filament): 220 Volts – Đèn bị cháy hỏng. Dòng điện quá nhiều làm nóng sợi đốt của đèn

Tóm Tắt Đánh Giá Lại Về Lực Điện Động EMF (hoặc Điện Áp)【Review of EMF or Voltage】

Để có dòng điện chảy qua, cần duy trì một hiệu điện thế giữa các cực. Khi dòng điện chảy qua, cần có năng lượng để duy trì sự chênh lệch này và cần thực hiện công. Điều này nghĩa là việc tạo ra điện là quá trình chuyển đổi từ các dạng năng lượng khác thành sự chênh lệch điện thế. Tại thiết bị sử dụng điện, hiệu điện thế tạo ra dòng điện chảy qua và được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác hoặc công (lực). Tốc độ thực hiện công này được gọi là công suất.

  1. EMF = Lực điện động (Emf = electromotive) – Lực tạo ra dòng điện chảy (lực làm cho electron chảy). Đây là sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu cực
  2. V hoặc E = điện áp (V or E voltage) – Đây là các biểu tượng sử dụng để chỉ lực tạo ra dòng điện (lực điện động emf)
  3. Đơn vị Điện áp Volt (The volt) – Là đơn vị của sự chênh lệch điện thế. Nó bằng với công của 1 joule trên mỗi coulomb.
  4. Năng lượng (Energy)- Để duy trì dòng điện chảy, sự chênh lệch điện thế phải được duy trì. Điều này đòi hỏi năng lượng.
  5. Công suất (Power) – Tốc độ thực hiện công. Trong ngữ cảnh điện, nó đại diện cho năng lượng cần thiết để duy trì dòng điện chảy.
  6. “P” – Ký hiệu Biểu tượng cho công suất. Đơn vị của công suất là watt. Khi có dòng điện 1 ampere đi qua với một chênh lệch điện thế là 1 volt, thì 1 watt công suất được tạo ra.