Bài giảng Điện học (Phần 16)

Chương 3 MẠCH ĐIỆN, PHẦN IThưa bà, thế nào là một đứa trẻ ngoan ? Micheal Faraday, khi trả lời nữ hoàng Victoria về những dụng cụ điện trong phòng thí nghiệm của ông dùng để làm gì.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện học (Phần 16) Bài giảng Điện học (Phần 16) Chương 3 MẠCH ĐIỆN, PHẦN I Thưa bà, thế nào là một đứa trẻ ngoan ? Micheal Faraday, khi trả lời nữ hoàng Victoria về những dụng cụ điện trong phòng thí nghiệm của ông dùng để làm gì. Cách đây vài năm, vợ tôi và tôi mua một căn nhà có cá tính. Cá tính là một cơchế sống còn theo xu thế phát triển nhà, nhằm thuyết phục người ta đồng ý trảkhoản tiền thế chấp lớn hơn số tiền họ có thể hình dung ra lúc ban đầu. Dẫu sao,một trong những đặc điểm mang lại cá tính cho ngôi nhà của chúng tôi là nó có, xâyhẳn vào trong tường nhà, một bộ ba máy chơi pachinko. Những dụng cụ cờ bạckiểu Nhật Bản này thuộc loại giống như máy chơi pinball thẳng đứng. (Những bàibáo hợp pháp chúng tôi mua từ tay những người bán báo vội vã cho chúng tôi biếtchúng “chỉ nhằm mục đích tiêu khiển”) Thật không may, chỉ một trong ba máy làhoạt động khi chúng tôi chuyển đến ở, và nó sớm “tiêu tùng” trên tay chúng tôi.Đang thành một kẻ nghiện pachinko, tôi quyết định sửa nó, nhưng nói thì dễ hơnlàm. Bên trong nó là cả một cơ chế Rube Goldsberg thực sự gồm các đòn bẩy, móckhóa, lò xo, và đường trượt. Tính tự cao đã ăn sâu trong máu của tôi, cùng với trìnhđộ tiến sĩ vật lí của mình, cho tôi cảm giác nhất định sẽ thành công, và sau cùng nóđã mang lại sự thất bại hoàn toàn làm tôi mất hết tinh thần. Ngẫm lại thất bại của mình, tôi nhận ra mức độ phức tạp của các dụng cụ cơgiới mà tôi sử dụng từ ngày này sang ngày khác. Ngoài chiếc xe hơi và cáisaxophone của tôi, mọi dụng cụ công nghệ trong hệ thống yểm trợ cuộc sống hiệnđại của chúng là đồ điện chứ không phải đồ cơ. 3.1 Dòng điện Thống nhất mọi loại điện Chúng ta bị vây quanh bởi những thứ mà chúng ta nghe nói là “điện”, nhưngrõ ràng còn lâu chúng mới có chung thứ để xác nhận là chung nhóm với nhau. Cómối quan hệ gì giữa cách thức những mỉếng tất dính vào nhau và cách thức pinthắp sáng bóng đèn ? Chúng ta nghe nói tới cả con cá chình điện và não của mình vìlí do gì đó vốn tự nhiên có tính chất điện, nhưng thật ra chúng có cái gì chung ? Nhà vật lí học người Anh Micheal Faraday (1791 – 1867) đã bắt tay vào giảiquyết vấn đề này. Ông nghiên cứu điện từ nhiều nguồn đa dạng – trong đó có cả cáchình điện! – xem chúng có tạo ra những tác dụng giống nhau không, ví dụ như vachạm và tia lửa điện, lực hút và lực đẩy. Chẳng hạn, “nung nóng” là cách dây tócbóng đèn đạt tới đủ nóng để rực lên và phát ra ánh sáng. Cảm ứng từ là một hiệuứng do chính Faraday khám phá liên kết điện học và từ học. Chúng ta sẽ khôngnghiên cứu hiệu ứng này, nó là cơ sở cho các máy phát điện, chi tiết sẽ được nói tớitrong phần sau của cuốn sách này. a/ Gymnotus carapo, một loài cá điện, sử dụng tín hiệu điện để cảm nhận môi trường và truyền tin với những đồng loại khác của nó. Bảng trên trình bày tóm tắt một số kết quả của Faraday. Các dấu kiểm chobiết Faraday hay những người đương thời của ông có thể xác nhận một nguồn điệnnhất định có khả năng tạo ra những hiệu ứng nhất định. (Họ rõ ràng đã thất bạitrong việc chứng minh lực hút và đẩy giữa những vật tích điện bằng cá chình điện,mặc dù những người thợ hiện đại đã nghiên cứu chi tiết các loài này và có thể hiểuđược mọi đặc tính điện của chúng tương tự các dạng thức điện khác). Kết quả của Faraday cho thấy không có sự khác biệt cơ bản nào về các loạiđiện do những nguồn khác nhau cung cấp. Chúng đều tạo ra những hiệu ứng đadạng giống hệt nhau. Faraday viết “Kết luận chung phải rút ra từ bộ thu thập thựctế này là điện, cho dù nguồn phát ra nó là gì đi nữa, đều giống nhau về bản chất củanó”. Nếu các loại điện là cùng một thứ, vậy thì thứ đó là gì ? Câu trả lời được cungcấp bởi thực tế là mọi ngu ồn điện đều có thể làm cho các vật đẩy hoặc hút lẫn nhau.Chúng ta sử dụng từ “tích điện” để mô tả tính chất của một vật cho phép nó thamgia vào những lực điện như thế, và chúng ta biết rằng điện tích có mặt trong vậtchất dưới dạng hạt nhân và electron. Rõ ràng là những hiện tượng điện này rút lạilà chuyển động của các hạt tích điện trong vật chất. Dòng điện Nếu hiện tượng cơ bản đó là chuyển động của các hạt mang điện, thì làm saochúng ta có thể vạch ra một số đo bằng số có ích của nó ? Chúng ta có thể mô tảdòng chảy của sông dễ dàng bằng vận tốc của nước, nhưng vận tốc sẽ không thíchhợp đối với mục tiêu điện, vì chúng ta phải tính đến bao nhiêu điện tích có trongcác hạt mang điện chuyển động, và trong bất kì trường hợp nào cũng không códụng cụ thực tế bán tại cửa hàng đồ điện có thể cho chúng ta biết vận tốc của cáchạt mang điện. Thí nghiệm cho thấy cường độ của những hiệu ứng điện khác nhautỉ lệ với một đại lượng khác: số coulomb điện tích đi qua một điểm nhất định trongmột giây. Tương tự như dòng nước chảy, đại lượng này được gọi là dòng điện, I.Đơn vị coulomb/giây của nó thường được sử dụng ngắn hơn là ampere, 1 A = 1C/s. Sự khéo léo chủ yếu có trong định nghĩa này là làm sao đếm hai loại điện tích.Dòng nước chảy ra từ vòi nước cấu thành từ các nguyên tử chứa các hạt tích điện,nhưng nó không tạo ra hiệu ứng nào cho chúng ta liên tưởng tới dòng điện. Chẳnghạn, bạn không bao giờ bị sốc điện khi bạn bị một vòi nước phun vào. Loại thínghiệm này cho thấy hiệu ứng đó được tạo ra bởi chuyển động của một loại hạttích điện có thể bị triệt tiêu bởi chuyển động của loại hạt tích điện trái dấu trongcùng hướng đó. Trong nước, mỗi nguyên tử oxygen có điện tích + 8e bị bao quanhbởi 8 electron có điện tích – e, và tương tự như thế đối với nguyên tử hydrogen. Do đó, chúng ta có thể trau chuốt định nghĩa dòng điện của mình như sau: định nghĩa dòng điện Khi các hạt tích điện trao đổi giữa các vùng không gian A và B thì dòng điệnchạy từ A sang B là ...