Dòng điện

{{Infobox physical quantity|name=Dòng điện|image=Ohm's Law with Voltage source TeX.svg|caption=Một mạch điện đơn giản, trong đó dòng điện được biểu thị bằng chữ i. Mối quan hệ giữa điện áp (V), điện trở (R), và dòng điện (I) là V=IR; đây được gọi là định luật Ohm.|unit=Ampe|otherunits=|symbols=I|baseunits=|dimension=\mathsf I|extensive=|intensive=|conserved=|transformsas=|derivations=I = {V \over R} , I = {Q \over t} }}Dòng điện là một dòng các hạt mang điện, chẳng hạn như electron hoặc ion, di chuyển qua một chất dẫn điện hoặc qua một không gian. Nó được đo bằng tốc độ của dòng điện tích qua một bề mặt hoặc vào một control volume. Các hạt chuyển động được gọi là phần tử mang điện, có thể là một trong nhiều loại hạt khác nhau, tùy thuộc vào chất dẫn điện. Trong mạch điện, hạt mang điện thường là các electron chuyển động trong dây dẫn. Trong chất bán dẫn, chúng có thể là Electron hoặc lỗ trống. Trong chất điện li, các hạt mang điện là các ion, trong khi ở plasma, một chất khí bị ion hóa, chúng là các ion và Electron.

Đơn vị SI của dòng điện là ampe, hoặc amp (ký hiệu: A), là dòng điện tích chạy qua một bề mặt với tốc độ một coulomb mỗi giây. Dòng điện được đo bằng dụng cụ gọi là ampe kế.
:

Điện trở cũng thay đổi tùy người, theo giới tính, tuổi, kích thước, điều kiện sức khỏe. Theo bảng trên, nếu xét trường hợp điện trở người trong khoảng 500 Ω đến 1000 Ω thì điện áp khoảng 20 V đến 50 V cũng đủ tạo ra dòng điện cỡ 50 mA và giết chết người.

Tần số dòng điện càng cao (trên 500&nbsp;Hz) càng ít nguy hiểm vì dòng điện chỉ đi ngoài da và không làm co cơ bắp. Dòng điện có tần số từ 25–100&nbsp;Hz là dòng điện nguy hiểm

Lợi ích

Dòng điện một chiều với cường độ cỡ mA khi truyền qua cơ thể gây nên những tác dụng sinh lý đặc biệt sau:
làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động
giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đau
gây giãn mạch ở phần cơ thể giữa hai điện cực
tăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua.

Các tác dụng của dòng điện qua cơ thể được ứng dụng trong châm cứu hay điện châm và là cơ sở của liệu pháp Galvani, trong đó người ta đưa dòng điện một chiều cường độ tới hàng chục mA vào cơ thể và kéo dài nhiều phút. Tuy nhiên trong những trường hợp tai biến bất ngờ, điện tác dụng lên cơ thể quá những mức độ mà cơ thể có thể chịu đựng được. Lúc đó điện trở thành một mối nguy hiểm cho sức khoẻ và tính mạng con người.

Đối với những bệnh nhân khi tim đã ngừng đập người ta có thể dùng liệu pháp sốc điện để cố gắng kích thích tim đập lại với hy vọng duy trì sự sống.

Dòng điên trong các môi trường đặc biệt

Kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường.

Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do làm cho điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng.

Ở một số kim loại (hợp kim) siêu dẫn, khi nhiệt độ hạ xuống dưới 1 nhiệt độ tới hạn nào đó, điện trở của nó giảm đột ngột đến giá trị bằng 0.

Chất điện phân
Dòng điện trong các chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại do:

Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ các electron tự do trong kim loại.
Khối lượng và kích thước của các ion lớn hơn khối lượng và kích thước của các electron khiến tốc độ của các ion cũng nhỏ hơn.
Môi trường dung dịch hỗn loạn gây cản trở mạnh chuyển động của các ion

Chất khí
Chất khí thường là chất cách điện do không có các phần tử mang điện tích. Muốn cho các chất khí dẫn điện, cần có các tác nhân ion hóa để tạo ra các hạt mang điện.

Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.

Trong các hạt mang điện, các ion dương chuyển động cùng chiều với điện trường, các ion âm và các electron chuyển động ngược chiều điện trường.

Chân không
Chân không lí tưởng là một môi trường trong đó không có một phân tử khí nào. Nó không chứa hạt tải điện nên không dẫn điện. Muốn tạo ra dòng điện chạy giữa 2 điện cực, ta phải đưa các electron vào trong đó.

Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó dưới tác dụng của điện trường.

Chất bán dẫn
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do và các lỗ trống.

Các lỗ trống chuyển động thuận chiều điện trường, các electron chuyển động ngược chiều điện trường.

Điện trở suất ρ của bán dẫn có giá trị trung gian giữa kim loại và điện môi. Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại). Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc rất mạnh vào các tạp chất có mặt trong tinh thể.

Dòng điện và từ
, Theo định luật Ampere, mọi dòng điện đều gây ra từ trường
:: Khi dòng điện chạy trong một dây dẫn điện, từ trường sinh ra có dạng vòng tròn bao quanh cộng dây thẳng dẫn điện có dòng điện khác không

Mọi dòng điện đều chịu lực tương tác khi nằm trong từ trường.
:: Lý do là các điện tích chuyển động trong từ trường chịu lực Lorentz.

Hướng của lực từ và hướng dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
::

Đo dòng điện
:Xem thêm bài ampe kế
Cường độ dòng điện có thể được đo trực tiếp bằng Gavanô kế, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải mở mạch điện ra để lắp thêm ampe kế vào. Cường độ dòng điện có thể được đo mà không cần mở mạch điện ra, bằng việc đo từ trường sinh ra bởi dòng điện. Các thiết bị đo kiểu này gồm các đầu dò hiệu ứng Hall, các kẹp dòng và các cuộn Rogowski.

Mật độ dòng điện
Mật độ dòng điện (ký hiệu là \sigma) được quy ước là dòng điện chạy qua 1&nbsp;mm² tiết diện dây dẫn.
: \sigma =\frac{dI}{dS}

Phụ tải lâu dài của dây đồng và dây nhôm có bọc cách điện
:

Mật độ dòng điện có ý nghĩa trong thiết kế mạch điện, trong điện tử học. Các thiết bị tiêu thụ điện thường bị nóng lên khi có dòng điện chạy qua, và chỉ hoạt động tốt dưới một mật độ dòng điện an toàn nào đấy; nếu không chúng sẽ bị nóng quá, chảy hoặc cháy. Ngay cả trong vật liệu siêu dẫn, nơi điện năng không bị chuyển hóa thành nhiệt năng, mật độ dòng điện lớn quá có thể tạo ra từ trường quá mạnh, phá hủy trạng thái siêu dẫn.

Các đơn vị điện từ trong SI
:

Xem thêm
Dòng điện xoay chiều
Dòng điện một chiều
Dẫn điện để có thêm thông tin về cơ chế vật lý của tính dẫn điện/nhiệt trong vật liệu.

Chú thích

Liên kết ngoài