Công thức tính cường độ dòng điện là một trong những kiến thức trọng tâm có trong chương trình học môn Vật lí lớp 11. Công thức cường độ dòng điện bao gồm khái niệm, công thức tính, ví dụ minh họa kèm theo các dạng bài tập có đáp án và tự luyện kèm theo.

Thông qua công thức tính cường độ dòng điện giúp các bạn nắm vững được kiến thức để nhanh chóng biết cách giải các bài tập Vật lí. Đồng thời hiểu được kiến thức về cường độ dòng điện trong việc đảm bảo các thiết bị điện và sức khỏe con người được an toàn nhất. Ngoài công thức tính độ tự cảm các bạn xem thêm công thức tính gia tốc, công thức tính công suất.

I. Cường độ dòng điện là gì?

Hiểu một cách đơn giản nhất, cường độ dòng điện chính là đại lượng chỉ độ mạnh yếu của dòng điện đang chạy trong mạch. Xét về mặt chuyên môn, cường độ dòng điện còn đại diện cho số lượng điện tử đi qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian nhất định. Theo đó, dòng điện càng mạnh thì giá trị của cường độ càng lớn và ngược lại.

Hoặc: Cường độ dòng điện chính là đại lượng đặc trưng cho sự tác dụng mạnh hay yếu của dòng điện. Cường độ dòng điện còn được xác định bằng thương số giữa điện lượng ∆q được dịch chuyển qua tiết diện thẳng của 1 vật dẫn trong 1 khoảng thời gian ∆t và khoảng thời gian đó..

Cường độ dòng điện không đổi

Cường độ dòng điện không đổi là cường độ dòng điện có giá trị không thay đổi theo thời gian.

Cường độ dòng điện hiệu dụng

Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau.

II. Đơn vị đo cường độ dòng điện là gì?

• CĐDĐ có đơn vị đo là ampe, kí hiệu là A.
• 1 ampe tương ứng với dòng chuyển động của 6,24150948
• Dụng cụ đo cường độ là gì - Là ampe kế

III. Ký hiệu cường độ dòng điện là gì?

a. Kí hiệu cường độ dòng điện

Đơn vị để đo cường độ dòng điện là Ampe hay còn được viết tắt là A. Độ lớn của dòng điện được ký hiệu là I, chiếu theo hệ đo lường quốc tế SI.

Đơn vị đo cường độ dòng điện được lấy theo tên nhà vật lý và toán học nổi tiếng người Pháp André Marie Ampère. Ông đã tự tạo ra rất nhiều thiết bị đo lường phục vụ cho thí nghiệm của mình. Những thiết bị này chính là tiền thân của Ampe kế sau này và cũng là dụng cụ đo độ lớn của dòng điện. Chính vì thế nên đơn vị đo được ký hiện dựa vào tên ông.

Một đơn vị Ampe sẽ tương ứng với dòng chuyển động của 6,24150948.1018 điện tử e (tương ứng 1 culong) trong một giây thông qua 1 diện tích dây dẫn. Công thức là 1A = 1C/s.

Những loại ampe kế phổ biến hiện nay có thể kế đến như: ampe kế đo AC/DC, ampe kế đo dòng điện, dòng đo điện trở cách điện, ampe kế đo điện trở đất hoặc miliampe kế hay còn gọi là dòng đo miliampe.

b. Chiều của dòng điện

Như chúng ta đã biết, dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Chính vì vậy, trong mạch điện với dây dẫn kim loại, các electron mang điện tích âm dịch chuyển ngược chiều với chiều của dòng điện trong dây dẫn.

Dòng điện chạy trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kỳ chiều nào. Vì vậy, khi có 1 dòng điện I trong mạch, hướng của dòng điện quy ước cần được đánh dấu, thường là bằng mũi tên trên sơ đồ của mạch điện. Đây gọi là hướng tham chiếu của dòng điện I, nếu dòng điện di chuyển ngược với hướng tham chiếu, thì I sẽ có giá trị âm.

IV. Công thức tính cường độ dòng điện

1. Công thức tính cường độ dòng điện của dòng điện không đổi

(A)

• I là cường độ dòng điện không đổi (A)
• q là điện lượng dịch chuyển qua tiết diện phẳng vật dẫn ( C)
• t thời gian điện lượng chuyển qua tiết diện phẳng vật dẫn (s)

2. Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng:

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện hiệu dụng
• I₀ là cường độ dòng điện cực đại

3. Công thức tính cường độ dòng điện theo định luật ôm

Trong đó:

I: Cường độ dòng điện (đơn vị A)

U: Hiệu điện thế (đơn vị V)

R: Điện trở (đơn vị Ω)

4. Cường độ dòng điện trong đoạn mạch theo định luật ôm

Nối tiếp: I = I₁ = I₂ = … = I_n

Song song: I = I₁ + I₂ + … + I_n

5. Cường độ dòng điện trung bình

Trong đó:

• Itb là kí hiệu của cường độ dòng điện trung bình đơn bị (A)
• Δt là kí hiệu của một khoảng thời gian được xét nhỏ
• ΔQ là điện lượng được xét trong khoảng thời gian Δt

6. Công thức tính cường độ dòng điện cực đại

I0 = I. √2

Trong đó:

• I0 là cường độ dòng điện cực đại

7. Cường độ dòng điện bão hòa

I=n.e

Trong đó:

• e là điện tích electron

Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của I vào U là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ ( U=0, I=0)

Hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn tăng (hoặc giảm) bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn đó cũng tăng (hoặc giảm) bấy nhiêu lần

Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây đẫn đó.

V. Ví dụ minh họa về cường độ dòng điện

Ví dụ 1: Đổi đơn vị cho các giá trị sau đây:

a) 0,35A = ….mA

b) 25mA = …. A

c) 1,28A = …..mA

d) 32mA = …. A

Lời giải

a. 0,35A = 350 mA

b. 425mA = 0.425A

c. 1,28A = 1280 mA

d. 32mA = 0,032A

Ví dụ 2: Hình 24.1 vẽ mặt số của một ampe kế. Hãy cho biết:

a) Giới hạn đo của ampe kế

b) Độ chia nhỏ nhất

c) Số chỉ của ampe kế khi kim ở vị trí (1)

d) Số chỉ ampe kế khi kim ở vị trí (2)

Lời giải:

a) Giới hạn đo là 1,6A

b) Độ chia nhỏ nhất là 0,1A

c) I1 = 0,4A

d) I2 = 1.4A

Ví dụ 3:

Tiến hành mắc tụ điện có điện dụng 2μF vào mạng điện xoay chiều có điện áp 220V và tần số 50 Hz. Hỏi cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ điện là bao nhiêu?

Lời giải:

Tần số góc: ω = 2πf = 100π rad/s.

Dung kháng: Zc = 1/ωC = 1/ 100π.2.10-6 = 5000/π (Ω)

Bởi vì mạch chỉ có tụ điện nên cường độ dòng điện hiệu dụng được tính theo công thức:

I = U/Zc = 220: 5000/π ≈ 0.14 A

Đáp án: 0.14 A

VI. Bài tập cách tính cường độ dòng điện

Bài 1: Trong khoảng thời gian là 2s có 1 điện lượng là 1,50C dịch chuyển qua 1 tiết diện thẳng của dây tóc 1 bóng đèn. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.

Bài 2: Có 1 bộ pin của 1 thiết bị điện có thể cung cấp 1 dòng điện là 2A liên tục trong vòng 1 giờ thì ta phải nạp lại.

a) Nếu bộ pin ở trên sử dụng liên tục trong vòng 4 giờ nhưng ở chế độ tiết kiệm năng lượng thì mới phải nạp lại. Hãy tính cường độ dòng điện bộ pin này có thể cung cấp?

b) Hãy tính suất điện động của bộ pin nếu trong khoảng thời gian là 1 giờ nó sinh ra 1 công là 72 KJ.

Bài 3: Cho biết số electron dịch chuyển qua 1 tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 2s là 6,25.1018 e. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là bao nhiêu?

Bài 4: 1 đoạn mạch gồm có điện trở R1 = 300Ω được mắc song song với điện trở R2 = 600Ω trong mạch có hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là 24V. Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở ?

Bài 5: Cho 2 điện trở R1 = 6Ω và R2 = 4Ω được mắc nối tiếp với nhau và được mắc vào hiệu điện thế là 20V.

Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở, hiệu điện thế 2 đầu của mỗi điện trở?

Tính công suất tỏa nhiệt của mỗi điện trở và của đoạn mạch? Hãy tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R2 trong 10 phút?

VII. Ứng dụng của cường độ dòng điện

a. Duy trì độ bền và an toàn cho thiết bị điện