Bài học

Cường độ dòng điện là gì?

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện, biết đơn vị đo là ampe (A), và so sánh được độ lớn dòng điện qua một số thiết bị điện quen thuộc.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài 1.1 đã cho em biết dòng điện là các electron tự do dịch chuyển có hướng trong dây dẫn. Nhưng "dịch chuyển có hướng" chỉ nói lên dòng điện đang tồn tại, chưa nói lên nó mạnh hay yếu. Muốn so sánh dòng điện qua đèn LED nhỏ với dòng điện qua bàn ủi, em cần một đại lượng đo được, chứ không thể chỉ nhìn bằng mắt.

Khởi động

Cắm cùng lúc bàn ủi, ấm đun nước và lò vi sóng vào một ổ điện đôi khi làm cầu dao tự động bật "nhảy", cắt điện cả nhà. Ba thiết bị này có điểm gì chung khiến chúng dễ gây ra hiện tượng đó, còn một chiếc đèn ngủ thì không?

Kiến thức trọng tâm

Cường độ dòng điện, kí hiệu là $I$ , là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện — nói cách khác, dòng điện càng mạnh (càng nhiều electron dịch chuyển qua một điểm trong dây dẫn mỗi giây) thì $I$ càng lớn. Đơn vị đo cường độ dòng điện là ampe, kí hiệu A, đặt theo tên nhà vật lí André-Marie Ampère. Với dòng điện nhỏ, người ta dùng đơn vị miliampe (mA): $1 A = 1000 mA$ , hay $1 mA = 0,001 A$ .

**Cường độ dòng điện**, kí hiệu là $I$, là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện — nói cách khác, dòng điện càng mạnh (càng nhiều electron dịch chuyển qua một điểm trong dây dẫn mỗi giây) thì $I$ càng lớn. Đơn vị đo cường độ dòng điện là **ampe**, kí hiệu **A**, đặt theo tên nhà vật lí André-Marie Ampère. Với dòng điện nhỏ, người ta dùng đơn vị **miliampe (mA)**: $1 A = 1000 mA$, hay $1 mA = 0,001 A$.

Cường độ dòng điện càng lớn thì tác dụng của dòng điện càng mạnh: dây dẫn nóng lên nhiều hơn, và nếu dòng điện chạy qua cơ thể người, mức độ nguy hiểm cũng tăng theo. Vì vậy các thiết bị tiêu thụ nhiều điện năng — như bàn ủi, ấm đun nước, lò vi sóng — đều cần dòng điện có $I$ lớn hơn hẳn so với đèn LED hay đèn ngủ, và dây dẫn cấp điện cho chúng cũng phải to hơn để chịu được dòng điện lớn đó một cách an toàn.

Cường độ dòng điện cũng là căn cứ để đánh giá mức độ nguy hiểm khi dòng điện chạy qua cơ thể người. Một dòng điện chỉ khoảng 10 mA đã đủ gây co giật cơ, khiến nạn nhân khó tự rút tay ra khỏi vật mang điện; từ khoảng 25 mA trở lên có thể ảnh hưởng đến nhịp tim, nguy hiểm đến tính mạng nếu dòng điện chạy qua ngực trong thời gian đủ dài. Đây là lý do cầu dao tự động (aptomat) trong nhà được thiết kế để tự ngắt khi cường độ dòng điện qua một đường dây vượt quá một ngưỡng an toàn đã định trước — bảo vệ cả người sử dụng lẫn thiết bị điện khỏi dòng điện quá lớn.

Đơn vị ampe được đặt theo tên nhà vật lí người Pháp André-Marie Ampère, người có nhiều đóng góp nghiên cứu mối quan hệ giữa dòng điện và từ trường vào đầu thế kỉ XIX. Trong thực tế kĩ thuật, cường độ dòng điện có thể trải dài trên một khoảng rất rộng: dòng điện qua một con chip điện tử nhỏ chỉ cỡ vài miliampe, trong khi dòng điện truyền tải trên lưới điện cao thế của cả một khu vực có thể lên tới hàng trăm, thậm chí hàng nghìn ampe. Chính vì khoảng giá trị chênh lệch lớn như vậy, việc chọn đúng đơn vị (A hay mA) phù hợp với từng tình huống là một kỹ năng quan trọng khi đọc và ghi số liệu.

Thiết bị tiêu thụ điện năng càng lớn thường kéo theo cường độ dòng điện I càng lớn.

Ví dụ

Đổi đơn vị cường độ dòng điện

1
Đổi 250 mA ra ampe, và đổi 0,5 A ra miliampe.
2
Ta có $1 A = 1000 mA$ , nên muốn đổi mA sang A thì chia cho 1000; muốn đổi A sang mA thì nhân với 1000.
Ta có $1 A = 1000 mA$, nên muốn đổi mA sang A thì chia cho 1000; muốn đổi A sang mA thì nhân với 1000.
3
$250 mA = 250 \div 1000 = 0,25 A$ . $0,5 A = 0,5 \times 1000 = 500 mA$ .
$250 mA = 250 \div 1000 = 0,25 A$. $0,5 A = 0,5 \times 1000 = 500 mA$.
4
Vậy 250 mA = 0,25 A, và 0,5 A = 500 mA — hai phép đổi ngược chiều nhau.

Ví dụ

So sánh cường độ dòng điện qua các thiết bị

1
Bảng số liệu ghi cường độ dòng điện khi hoạt động bình thường của ba thiết bị: quạt máy 0,3 A, bóng đèn sợi đốt 450 mA, lò vi sóng 4,5 A. a) Hãy sắp xếp ba thiết bị theo thứ tự cường độ dòng điện tăng dần. b) Thiết bị nào cần dây dẫn cấp điện to hơn để đảm bảo an toàn?
2
Đổi 450 mA sang ampe: $450 mA = 0,45 A$ . Vậy ba giá trị cần so sánh là: quạt máy 0,3 A, bóng đèn 0,45 A, lò vi sóng 4,5 A.
Đổi 450 mA sang ampe: $450 mA = 0,45 A$. Vậy ba giá trị cần so sánh là: quạt máy 0,3 A, bóng đèn 0,45 A, lò vi sóng 4,5 A.
3
So sánh trực tiếp ba giá trị: $0,3 A < 0,45 A < 4,5 A$ . Do đó thứ tự tăng dần là quạt máy, bóng đèn sợi đốt, rồi lò vi sóng.
So sánh trực tiếp ba giá trị: $0,3 A < 0,45 A < 4,5 A$. Do đó thứ tự tăng dần là quạt máy, bóng đèn sợi đốt, rồi lò vi sóng.
4
Kết quả này khớp với kinh nghiệm thực tế: lò vi sóng làm nóng thức ăn bằng cách tiêu thụ điện năng rất lớn trong thời gian ngắn, nên cường độ dòng điện của nó lớn hơn hẳn quạt máy hay bóng đèn sợi đốt là hợp lý, không có gì mâu thuẫn với quan sát hằng ngày.
5
Vậy cường độ dòng điện tăng dần theo thứ tự quạt máy → bóng đèn sợi đốt → lò vi sóng. Lò vi sóng có $I$ lớn nhất nên cần dây dẫn cấp điện to hơn hẳn hai thiết bị còn lại để chịu được dòng điện lớn mà không bị quá nóng.
Vậy cường độ dòng điện tăng dần theo thứ tự quạt máy → bóng đèn sợi đốt → lò vi sóng. Lò vi sóng có $I$ lớn nhất nên cần dây dẫn cấp điện to hơn hẳn hai thiết bị còn lại để chịu được dòng điện lớn mà không bị quá nóng.

Sai lầm thường gặp

Một sai lầm hay gặp là nhầm lẫn đơn vị mA và A khi đọc số liệu trên thang đo hoặc trong đề bài — quên đổi 450 mA thành 0,45 A trước khi so sánh với các giá trị tính bằng A sẽ dẫn tới kết luận sai hoàn toàn về thiết bị nào có dòng điện lớn hơn.

Ghi nhớ

Cường độ dòng điện I đo bằng ampe (A), 1 A = 1000 mA. I càng lớn, dòng điện càng mạnh và tác dụng của nó càng đáng kể — đây là căn cứ để chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ phù hợp.

Bài sau, em sẽ học cách đo trực tiếp giá trị cường độ dòng điện này bằng một dụng cụ cụ thể: ampe kế.