BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG

MÔN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCN&XD-ĐT ngày tháng năm 2019
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng)

Quảng Ninh, năm 2019

CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN
Mục tiêu
- Kiến thức:
+ Phân tích được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành mạch điện như:
nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt...
+ Giải thích được cách xây dựng mô hình mạch điện, các phần tử chính trong
mạch điện.
+ Phân tích và giải thích được các khái niệm cơ bản trong mạch điện,
- Kỹ năng:
+ Hiểu và vận dụng được các biểu thức tính toán cơ bản.
+ Tính toán được các thông số ( điện trở, dòng điện, điện áp, công suất, điện
năng, nhiệt lượng) của mạch điện DC một nguồn, nhiều nguồn.
+ Phân tích sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý.
+ Lắp ráp, đo đạc các thông số của mạch DC theo yêu cầu.
Nội dung
1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện
1.1.1. Mạch điện
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần tử
dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện thường
gồm các loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), thiết bị phụ trợ.
Nguồn điện

Thiết bị
phụ trợ

Phụ tải

Hình 1.1 Mô hình mạch điện
1.1.2. Nguồn điện một chiều
- Nơi sản sinh ra năng lượng điện để cung cấp cho mạch.
- Nguồn điện có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều.
+ Nguồn một chiều: Pin, acquy, máy phát điện một chiều,...
+ Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều,…
Các nguồn điện công suất lớn thường được truyền tải từ các nhà máy điện (nhiệt
điện, thủy điện, điện nguyên tử...).
Các nguồn điện một chiều thường được đặc trưng bằng suất điện động E, điện
trở nội r. Với nguồn xoay chiều thường biểu diễn bằng công suất P (công suất máy
phát) và hiệu điện thế lối ra u.

Hình 1.2 Một số loại nguồn
7

1.1.3. Phụ tải
Là các thiết bị sử dụng điện năng để chuyển hóa thành một dạng năng lượng
khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng), dùng để
chạy các lò điện (nhiệt năng)... . Các thiết bị tiêu thụ điện thường được gọi là phụ tải
(hoặc tải) và ký hiệu bằng điện trở R hoặc bằng trở kháng Z.

Hình 1.3 Một số loại phụ tải thông dụng
1.1.4. Dây dẫn
Có nhiệm vụ liên kết và truyền dẫn dòng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ.
Thường làm bằng kim loại đồng hoặc nhôm và một số vật liệu dẫn điện có điện dẫn
suất cao khác.
1.1.5. Các thiết bị phụ trợ
Như các thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc...), các máy đo (ampekế, vôn kế, óat
kế …), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, aptômát ... ).
1.2. Các hiện tượng điện từ
1.2.1. Hiện tượng biến đổi năng lượng
a. Hiện tượng biến đổi điện năng thành nhiệt năng
Dòng điện tích chuyển động có hướng trong vật dẫn làm va chạm với các phần tử
vật dẫn, truyền bớt năng lượng cho các phần tử, làm tăng mức chuyển động nhiệt trong
vật dẫn. Như vậy dòng điện qua vật dẫn sẽ làm nóng vật dẫn, tức điện năng đã chuyển
hoá thành nhiệt.
Gọi điện trở của vật dẫn là r, công của dòng điện là: A = I2.r.t, biết đương lượng
nhiệt của mỗi công là 0,24 calo với mỗi Jun, nên nhiệt lượng do công chuyển hoá là:
Q = 0,24A = 0,24.I2.r.t (Calo)
(1.1)
Định luật này do hai nhà Bác học là Jun (người Anh) và Lenxơ (người Nga) tìm
ra bằng thực nghiệm nên người ta gọi là định luật Jun - Lenxơ.
Phát biểu định luật: Nhiệt lượng do dòng điện toả ra trên một điện trở tỷ lệ với
bình phương dòng điện, với trị số điện trở và thời gian dòng điện chạy qua.
U2
Nếu thay I =
ta có:
r
U2
Q  0, 24.
.t (Calo)
r

(1-2)

b. Hiện tượng biến đổi điện năng thành cơ năng
Giả sử có dây dẫn đặt trong từ trường đều, cường độ từ cảm là B. Nối dây dẫn
với một nguồn s.đ.đ ngoài là E F, điện trở nguồn là r F, trong dây dẫn có dòng điện là I:
I

E U
ở đây U là điện áp đặt vào dây dẫn (điện áp giữa hai điểmA và B). Lực điện
r

từ tác dụng lên dây dẫn là: F = B.l.I

(1-3)

8

N

+

I

-

F

B
rF

B

I

EF

A

S

Hình 1.4: Sự xuất hiện sức phản điện
Chiều của F xác định theo qui tắc bàn tay trái.
Giả sử dưới tác dụng của lực F, dây dẫn chuyển động với tốc độ v theo
chiều của lực từ. Phương này cắt vuông góc với đường sức, nên trong dây dẫn sẽ xuất
hiện s.đ.đ cảm ứng có trị số là:
E = B.l.v
(1-4)
Chiều s.đ.đ E xác định theo qui tắc bàn tay phải. Ta thấy E có chiều ngược với
dòng điện (và do đó ngược chiều so với s.đ.đ EF của nguồn) gọi là s.đ.đ phản.
Gọi điện trở của dây dẫn là ro, áp dụng định luật kiêc khốp cho mạch vòng ta có:
U – E = I.ro, hay U = E + Iro
(1-5)
Nhân cả hai vế của biểu thức (1.3) với dòng điện I ta có:
UI = EI + I2r o = Blv.I + I2r o = F.v + I2r o
Hay Pđiện = Pcơ + Po
(1-6)
Ở đây, Pđiện = U.I là công suất điện của nguồn cấp cho động cơ, Pcơ = F.v là
công suất của động cơ ; P o = I2r o là tổn thất trên điện trở trong của động cơ.
Như vậy : dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều đã nhận một công suất
điện của nguồn biến thành công suất cơ. Đó là cơ sở nguyên lí làm việc của động cơ
điện.
1.2.2. Hiện tượng tích phóng năng lượng
a. Qúa trình nạp điện
Đóng mạch điện gồm điện dung C chưa tích điện mắc nối tiếp với điện trở r vào
nguồn điện áp một chiều. Tụ điện bắt đầu nạp điện, điện tích ở hai cực tăng từ giá trị
không trở lên. Giả sử trong thời gian vô cùng nhỏ dt, điện tích tăng được một lượng là
dq, thì dòng điện qua mạch có trị số là:
i

dq
dt

(1-7)

Điện tích nạp vào tụ, nên ở hai bản cực của tụ có trị số điện áp là UC =
q = C.UC.
Từ đó ta có:
Thay vào biểu thức dòng điện ta có:
dU

iC

q
.
C

(1-8)

C

(1-9)

dt

Nghĩa là: dòng điện nạp của tụ tỉ lệ với tốc độ biến thiên điện áp trên tụ.
Áp dụng định luật kiêc khốp cho mạch vòng kín ta có:
9

U = i.r + UC
(1-10)
Biến đổi biểu thức này và thay vào biểu thức tính dòng điện ta có:
dU

U – UC = rC

C

dt

dU

 .

C

(1-11)

dt

Ở đây:  = r.C gọi là hằng số thời gian của mạch, có thứ nguyên là s.
Phương trình (1.9) là phương trình vi phân có ẩn là UC. Tại thời điểm đầu t = 0,
UC = 0, (U - UC) = U, nên tốc độ tăng điện áp U C là lớn nhất. Dòng điện nạp có trị số
lớn nhất. Khi UC đã tăng lên hiệu U - U C giảm nên tốc độ tăng điện áp U C giảm dần.
Như vậy: Trong quá trình tụ điện nạp điện, dòng điện nạp giảm dần từ cực đại về
không, còn điện áp tăng từ không tới giá trị ổn định là U.
+

C

U
r

i

D

-

B

Hình 1.5: Đóng tụ điện vào điện áp một chiều
Biểu thức điện áp có dạng:


t

U C  U (1 e  )

(1-12)

Điện áp trên điện trở:
U = i.r = U – UC = U.e-t/

U

Dòng điện trong mạch:

i

(1-13)
r

r

t



U 
.e
r

(1-14)

b. Quá trình phóng điện
Tụ điện nạp đầy, điện áp trên tụ là U. Khép kín mạch qua điện trở r, điện tích trên
các cức sẽ phóng qua mạch, tạo thành dòng điện phóng i.
+

i

+
-

C

U

r

-

D
B

Hình 1.6: Quá trình phóng điện
Giả sử tong thời gian dt, điện tích trên cực tụ giảm một lượng dq, dòng điện
phóng sẽ là:
i

dq
dt

(1-15)
10

Dấu âm ở đây biểu thị cho điện tích giảm trong quá trình phóng. Biết q = C.UC là
điện áp trên hai cực ở thời điểm xét.
dU

Từ đó:

i  C

C

(1-16)

dt

Như vậy : dòng diện phóng điện của tụ điện tỉ lệ với tốc độ biến thiên của điện áp
trên tụ, nhưng trái dấu. So sánh với (1.7) ta thấy dòng điện phóng ngược chiều với
dòng điện nạp.
Biết điện áp trên tụ điện cũng là điện áp giáng trên điện trở : UC = i.r. Thay vào
(1.14) ta có:
dU

U C  -rC

C

dt

dU

 

C

(1-17)

dt

Dấu âm thể hiện là điện áp uC giảm dần trong quá trình phóng điện.
Như vậy, tốc độ giảm điện áp trên tụ tỷ lệ với điện áp trên tụ. Tại thời điểm đầu
khi mới phóng điện, điện áp U C có giá trị lớn nhất U C = U, nên điện áp giảm nhanh
nhất, dòng điện phóng có trị số lớn nhất. Khi điện áp UC giảm dần, tốc độ giảm sẽ
chậm lại, trị số dòng điện phóng cũng giảm theo. Khi tụ điện phóng điện, điện áp trên
tụ cũng như dòng điện phóng cũng giảm dần từ trị số lớn nhất về trị số không.
1.3. Các đại lượng đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện
- Khi tính toán người ta thường thay mạch thực bằng mô hình mạch điện.
- Yêu cầu về mô hình mạch điện : mô hình mạch điện phải đảm bảo kết cấu hình
học và quá trình năng lượng giống như mạch điện thực.
- Một mạch thực có thể có nhiều mô hình mạch điện, điều đó là tuỳ thuộc vào
mục đích nghiên cứu và điều kiện làm việc của mạch điện.
- Các phần chính của mô hình mạch điện:
+ Nguồn điện áp u(t) ;
+ Nguồn dòng j(t) ;
+ Điện trở R ;
+ Điện cảm L ;
+ Điện dung C.
1.3.1. Điện trở
Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng sang
dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng v…v.
Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở : uR =R.i
Đơn vị của điện trở là Ω (ôm) ;
Công suất điện trở tiêu thụ: P = Ri2 ;
Trong hệ đo lường SI, đơn vị điện trở (Ω).

i

R
UR

Hình 1.7: Điện trở R
11

- Ngoài ra còn dung khái niệm điện dẫn g 

1
. Đơn vị của điện dẫn là S
R

(Simen).
- Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t là:
t

t

A   pdt   Ri2 dt  Ri2 t
0

(1-18)

0

- Đơn vị của điện năng là Wh (oát giờ), hay bội số là kWh.
1.3.2. Điện cảm
- Khi có dòng điện i chạy qua cuộn dây có w vòng sẽ sinh ra từ thông móc vòng
qua cuộn dây:
  w

- Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa
L

 w

i
i

(1-19)

- Đơn vị của điện cảm là H (Henri).
- Nếu có dòng điện i biến thiên thì từ thông cũng biến thiên và theo định luật cảm
ứng điện từ trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm:
eL  

di
d
 L
dt
dt

(1-20)

Điện áp rơi trên cuộn dây:
di
u L  eL  L
dt

(1-21)

Công suất trên cuộn dây :
di
p L  uL i  Li
dt

(1-22)

Năng lượng tích lũy trong cuộn dây : WM 

t

i

0

0

PL dt  Lidi 

Li 2
2

(1-23)

- Như vậy điện cảm L đặc chưng cho hiện tượng tích lũy lăng lượng từ trường
của cuộn dây.
- Kí hiệu. L
L
i
uL

Hình 1.8: Điện cảm L
1.3.3. Điện dung
- Khi đặt điện áp của uc lên tụ điện có điện dung C thì tụ sẽ được nạp điện với
điện tích q:
q  Cuc
(1-24)
- Nếu uc biến thiên sẽ có dòng điện dịch chuyển qua tụ điện
du

c
dq
i
C
dt
dt

(1-25)
12

uc 

- Từ đó suy ra
- Công suất trên tụ điện

1
C

t

idt

(1-26)

0

du

p  u i  Cu
c

c

c

c

(1-27)

dt

- Năng lượng tích lũy trong tụ điện WE 

t

u

p dt  Cu du
o

c

c

0

c



Cu 2
c

2

(1-28)

- Như vậu điện dung C đặc chưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện
trượng trong tụ diện. Đơn vị của điện dung là F(Fara).
F(1F  106 F); nF(1nF  109 F) ; pF(1pF  1012 F)
C

i

uC

Hình 1.9: Điện dung C
1.4. Các phần tử trong mô hình mạch điện một chiều
1.4.1. Nguồn sức điện động e(t)
- Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên hai
cực của nguồn. Chiều điện áp được quy định từ điểm có hiệu điện thế cao xuống điểm
có hiệu điện thế thấp. Chiều sức điện động được quy định từ điểm có điện thế thấp đến
điểm có điện thế cao.
- Quan hệ giữa sức điện động và hai đầu cực.
u(t)= e(t)

u(t)

e

Hình 1.10: Nguồn điện áp
1.4.2. Nguồn dòng điện j(t)
Nguồn dòng đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy chì một
dòng điện cung cấp cho mạch ngoài.

J(t)
Hình 1.11: Nguồn dòng điện
13

1.5. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện
1.5.1 Dòng điện và chiều qui ước của dòng điện
Khi đặt vật dẫn trong điện trường, dưới tác dụng của lực điện trường, các điện
tích dương sẽ di chuyển từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, còn các
điện tích âm (các điện tử) sẽ di chuyển ngược lại từ nơi có điện thế thấp đến nơi có cao
hơn và tạo thành dòng điện.
Vậy: Dòng điện là dòng các điện tử chuyển dời có hướng dưới tác dụng của
lực điện trường.
* Chiều quy ước của dòng điện:
Người ta quy ước chiều dòng điện là chiều di chuyển của các điện tích dương tức
là hướng nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, và đó cũng là chiều của
điện trường.
+ Trong kim loại : Dòng điện là dòng các điện tử chuyển dời có hướng. Vì điện
tử di chuyển từ nơi có điện thế thấp hơn đến nơi có điện thế cao hơn nên dòng điện tử
ngược với chiều quy ước của dòng điện.
+ Trong dung dịch điện ly : Dòng điện là dòng các ion chuyển dời có hướng. Nó
gồm có hai dòng ngược chiều nhau đó là: Dòng ion dương có chiều theo chiều quy
ước của điện trường và dòng ion âm có chiều ngược chiều quy ước. Các ion dương sẽ
di chuyển từ Anốt (cực dương) về Catôt (cực âm) nên gọi là các Cation, các ion âm di
chuyển từ catốt về Anôt nên gọi là các Anion.
+ Trong môi trường chất khí bị ion hoá : Dòng điện là dòng các ion và điện tử
chuyển dời có hướng. Nó gồm có dòng ion dương đi theo chiều của điện trường từ
Anốt về Catốt, và dòng ion âm và điện tử đi ngược chiều điện trường từ Catốt về Anốt.
1.5.2. Cường độ dòng điện
Đại lương đặc trưng cho độ lớn của dòng điện được gọi là Cường độ dòng điện
(đôi khi ta gọi tắt là dòng điện), ký hiệu là I (hoặc i).
Cường độ dòng điện là lượng điện điện tích qua tiết điện thẳng của dây dẫn trong
một đơn vị thời gian.
Ta có:

I

Q
t

(1-29)

Ở đây Q là điện tích qua tiết diện dây dẫn trong thời gian t. Nếu điện tích
chuyển qua dây dẫn không đều theo thời gian sẽ tạo ra dòng điện có cường độ thay đổi
(ký hiệu là i). Giả sử trong thời gian rất nhỏ dt có lượng điện tích dQ qua tiết diện dây
thì cường độ dòng điện sẽ là:
i

dQ
dt

(1-30)

Trong hệ SI đơn vị của điện tích là Culông, của thời gian là giây thì đơn vị của
cường độ dòng điện là Ampe (ký hiệu A).
Ampe là cường độ của dòng điện cứ mỗi giây có một culông qua tiết diện dây
dẫn.
1A =

1C
1s

(1-31)

1.5.3 Mật độ dòng điện
14

điện.

Cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích tiết diện được gọi là mật độ dòng
Kí hiệu là j:
j 

I
S

(1-32)

Ở đây: S là diện tích tiết diện. Đơn vị mật độ dòng điện trong hệ SI là A/m2, vì
đơn vị này quá nhỏ nên trong thực hành người ta dung là A/cm2.
Cường độ dòng điện dọc theo một đoạn dây dẫn là không đổi thì chỗ nào dây dẫn
có tiết diện nhỏ thì mật độ dòng điện sẽ lớn và ngược lại.
1.6. Các định luật của mạch điện một chiều
1.6.1. Định luật ôm
Định luật Ôm nêu lên mối quan hệ giữa dòng điện qua một đoạn mạch và điện áp
giữa hai đầu đoạn mạch đó.
Giả sử điện áp U đặt vào hai đầu đoạn mạch dài l nó sẽ tạo ra điện trường đều có
cường độ là:
E

U
l

(1-33)

Dưới tác dụng của điện trường, các phần tử dẫn điện sẽ di chuyển tạo thành dòng
điện. Điện trường càng mạnh thì mật độ dòng điện càng lớn, tức là mật độ dòng điện
tỷ lệ với cường độ điện trường:
J  .E
(1-34)
Ở đây  được gọi là điện dẫn suất, phụ thuộc vào bản chất dẫn điện của từng vật
liệu điện, điện dẫn suất càng lớn thì vật liệu dẫn điện càng tốt.
Vậy ta có:
I
U
S
(1- 35)
 .  I  . .U  g.U
S
l
l
S
g =  . được gọi là điện dẫn của đoạn mạch:
Trong đó:
l

Ta thấy dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch
và với điện dẫn của đoạn mạch đó. Đây là nội dung của định luật Ôm cho một đoạn
mạch.
Nghịch đảo của điện dẫn gọi là điện trở, kí hiệu là r :
r 


1
1 l
l

.
 .
g
 S
S

(1-36)

1
Gọi là điện trở suất của vật liệu đó.


Từ đây ta có dạng khác của định luật Ôm là:
I

U
r

(1-37)

Phát biểu định luật Ôm: Dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ với điện áp hai đầu
đoạn mạch, tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch.
1.6.2. Định luật Joule -Lenz
15

a. Định luật Jun – Lenxơ
Dòng điện tích chuyển động có hướng trong vật dẫn làm va chạm với các phần tử
vật dẫn, truyền bớt năng lượng cho các phần tử, làm tăng mức chuyển động nhiệt trong
vật dẫn. Như vậy dòng điện qua vật dẫn sẽ làm nóng vật dẫn, tức điện năng đã chuyển
hoá thành nhiệt.
Gọi điện trở của vật dẫn là r, công của dòng điện là: A = I2.r.t, biết đương lượng
nhiệt của mỗi công là 0,24 Calo với mỗi Jun, nên nhiệt lượng do công chuyển hoá là:
Q = 0,24A = 0,24.I2.r.t (Calo)
(1-38)
Định luật này do hai nhà Bác học là Jun (người Anh) và Lenxơ (người Nga) tìm
ra bằng thực nghiệm nên người ta gọi là định luật Jun - Lenxơ.
Phát biểu định luật: Nhiệt lượng do dòng điện toả ra trên một điện trở tỷ lệ với
bình phương dòng điện, với trị số điện trở và thời gian dòng điện chạy qua.
Nếu thay I =

U2
ta có:
r

U2
Q  0, 24.
.t (calo)
r

(1-39)

b. Ứng dụng của định luật Jun – Lenxơ
Tác dụng nhiệt của dòng điện được ứng dụng rất rộng rãi để làm các dụng cụ
đốt nóng bằng dòng điện như đèn điện có sợi nung, bếp điện, bàn là điện, lò sấy và lò
luyện bằng điện tử,…. Nguyên tắc có bản của các dụng cụ này là dùng một phần tử đốt
nóng để cho dòng điện chạy qua. Nhiệt toả ra ở các phần tử đốt nóng sẽ gia nhiệt các
bộ phận chính của dụng cụ, hoặc sẽ phát sáng ở các đèn sợi nung.
Dòng điện đi qua dây dẫn sẽ toả nhiệt theo định luật Jun - Lenxơ. Nhiệt lượng
này sẽ đốt nóng dây dẫn, khi dây dẫn nóng lên nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ bên
ngòai môi trường. Dây càng nóng thì nhiệt độ toả ra ngoài môi trường càng lớn. Đến
một lúc nào đó nhiệt lượng toả ra môi trường trong một giây bằng nhiệt lượng sinh ra
của dòng điện thì nhiệt độ dây dẫn không tăng nữa, ta gọi là nhiệt độ ổn định hay nhiệt
độ làm việc của dây dẫn.
* Hiện tượng ngắn mạch và cầu chì bảo vệ:
- Ngắn mạch là hiện tượng nối tắt hai điểm của mạch có điện thế khác nhau bằng
một vật dẫn có điện trở không đáng kể. Khi đó dòng điện qua điểm ngắn mạch rất lớn,
có thể làm nóng quá mức dây dẫn, vượt quá nhiệt độ cho phép của dây dẫn, dẫn đến
việc cháy hỏng thiết bị.
- Để tránh khi có dòng điện vượt quá dòng điện cho phép như khi ngắn mạch
người ta phải dùng các thiết bị bảo vệ. Thiết bị bảo vệ đơn giản nhất và rất phổ biến là
cầu chì, cầu chì đặt nối tiếp trong mạch điện cần bảo vệ. Bộ phận chính của cầu chì là
dây chảy làm bằng các chất dễ chảy đứt như chì, kẽm nhôm đồng. Khi dòng điện chạy
qua mạch tăng cao nhiệt lượng toả ra ở dây chảy đủ làm chảy đứt nó là cho mạch bị
ngắt.
1.6.3. Định luật Faraday
a. Hiện tượng điện phân
Khi dòng điện qua dung dịch muối ăn, anion Cl- đi về cực dương (anot), còn
cation Na+ đi về phía cực âm (catot). Tại cực dương, Cl- nhường bớt điện tử cho điện
cực (vì cực dương luôn thiếu điện tử) trở thành nguyên tử trung hòa.
16

Ở cực âm, cation Na+ thu thêm điện tử ở điện cực (vì ở cực âm luôn thừa điện
tử) trở thành nguyên tử Na giải phóng ở cực âm.
Kết quả là phân tử muối ăn bị dòng điện phân tích thành Clo ở cực dương và
Natri ở cực âm. Nếu dung dịch điện phân là một muối của đồng thì ở cực âm ta sẽ thu
được kim loại đồng. Như vậy, khi dòng điện qua chất điện phân, sẽ xảy ra hiện tượng
phân tích chất điện phân, giải phóng kim loại hoặc hydro ở cực âm. Đó là hiện tượng
điện phân.
Dòng điện qua dung dịch càng lớn và càng lâu thì lượng kim loại giải phóng ở
cực âm càng lớn. Như vậy giữa điện tích qua dung dịch điện phân và lượng chất được
giải phóng, có mối quan hệ tỷ lệ. Quan hệ này đã được Faraday thiết lập từ thực
nghiệm vào cuối năm 1834.
b. Định luật Faraday
* Định luật Farday thứ nhất: Khối lượng của chất thoát ra ở mỗi cực điện tỷ lệ
với điện tích đã chuyển qua chất điện phân:
M = k.q = k.I.t
(1-40)
Ở đây, m là khối lượng chất thoát ra ở điện cực ;
Q = I.t là điện tích qua dung dịch (Culông) ;
k : Là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng.
Nếu q = 1Culông thì k = m. Vậy đương lượng điện hóa của một chất là khối
lượng chất đó thoát ra ở điện cực khi có 1 Culông qua dung dịch.
* Định luật Faraday thứ hai: Đương lượng điện hóa của một nguyên tố tỷ lệ
với nguyên tử lượng và tỷ lệ nghịch với hóa trị của nguyên tố ấy.
k  C.

A
n

(1-41)

Ở đây: A là nguyên tử lượng của nguyên tố;
n là hóa trị của nguyên tố ;
C là hệ số tỷ lệ, bằng

1
g/c.
96500

c. Ứng dụng của hiện tượng điện phân
* Luyện kim:
Trong luyện kim, hiện tượng điện phân được ứng dụng để tinh chế và điều chế
một số kim loại.
Muốn tinh chế kim loại, người ta ứng dụng hiện tượng cực dương ta. Chẳng hạn,
để tinh chế đồng, người ta dùng thanh đồng cần tinh chế làm điện cực dương, dung
dịch điện phân là muối đồng tan.
Khi dòng điện qua dung dịch, thanh đồng bị hòa tan dần, và ở điện cực sẽ hình
thành một lớp đồng tinh khiết.
Để điều chế kim loại (luyện kim) bằng dòng điện, người ta tiến hành điện phân
quạng kim loại nóng chảy hoặc các dung dịch muối của chúng.
Chẳng hạn, để luyện nhôm, người ta điện phân quạng bâu xít (nhôm ô xít Al 2O 3)
nóng chảy trong criolit, để luyện natri người ta điện phân muối ăn (NaCl) nóng chảy.
* Mạ điện:
17

Mạ điện là phương pháp dùng dòng điện để phủ lên các đồ vật một lớp kim loại
không gỉ như bạc, vàng, ..
Muốn mạ một vật nào đó, cần làm sạch bề mặt cần mạ, rồi nhúng vào bình điện
phân làm thành cực âm. Cực dương là thỏi kim loại của lớp mạ (như bạc, vàng, ..).
Dung dịch điện phân là một muối tan của kim loại mạ.
Khi dòng điện qua dung dịch, một lớp kim loại mạ sẽ phủ kín bề mặt vật cần mạ,
còn cực dương bị mòn dần. Tùy theo cường độ và thời gian dòng điện qua mà ta có
lớp kim loại phủ mỏng hay dầy.
1.6.4. Định luật Kirchooff
a. Các khái niệm (nhánh, nút, vòng)
Giải mạch điện là tính dòng điện, điện áp, công suất của các nhánh, các phần tử.
Dòng điện trong các nhánh còn chưa biết, vì thế ta tùy ý chọn chiều dòng điện (Gọi là
chiều dương) trong các nhánh.
Kết quả tính toán, nếu dòng điện dương I > 0, thì chiều thực của dòng điện trong
nhánh trùng với chiều dương đã chọn. Nếu I < 0 chiều dòng điện ngược với chiều đã
chọn.
* Khái niệm về nhánh
Nhánh là một nhánh trong mạch điện mà trên đó nó có thể có các phần tử của
mạch điện như : nguồn s.đ.đ E, điện trở và có dòng điện chạy qua nhánh là bằng nhau
trên tất cả các phần tử của nhánh, dòng điện và điện áp trên nhánh được xác định theo
định luật Ôm.
Ví dụ: Nhánh AB, trên nhánh có s.đ.đ E, điện trở R, dòng điện chạy trên nhánh
AB là I, điện áp đặt lên nhánh AB là UAB.
A I

B

R

E

UAB

Hình 1.13: Nhánh AB
* Khái niệm về nút
Nút là một điểm trong mạch điện mà tại đó gồm có ít nhất ba nhánh giao nhau,
dòng điện đi vào nút có thể là đến nút hoặc ra khỏi nút.
I1
I3

A

I2

Hình 1.14. Khái niệm nút
Trên hình 1.14 nút dòng điện I 1 đi ra khỏi nút, dòng điện I 2, I 3 là những dòng
điện đi vào nút.
* Khái niệm về vòng
Vòng là mạch khép kín trong mạch điện, một mạch vòng bao gồm có các nhánh
nối lại với nhau tạo thành một mạch vòng, chiều kí hiệu của vòng mạch điện ta chọn
tùy ý.
18

I3

I2

I1

R2

R3

R1
a

b

E1

E3

Hình 1.15: Mạch vòng dòng điện a, b
b. Các định luật Kirchooff
* Định luật Kiechoff 1
Định luật này cho ta quan hệ giữa các dòng điện tại một nút, được phát biểu
như sau:
Tổng đại số những dòng điện ở một nút bằng không. Inút = 0
(1-42)
Trong quy ước dòng điện tới nút lấy dấu dương, còn dòng điện đi từ nút ra lấy
dấu âm.. Theo hình 2.11 thì: I 1 + (-I 2) + (-I 3) = 0
(1-43)
I3

I1

I2

Hình: 1.16 Dòng điện nút
* Định luật Kiechoff 2
Định luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động, dòng điện và điện trở trong
một mạch vòng khép kín và được phát biểu như sau:
Đi theo một mạch vòng khép kín, theo một chiều tuỳ ý thì : Tổng đại số những
sức điện động bằng tổng đại số các điện áp rơi trên điện trở của mạch vòng.
(1-44)
R.I = E
Quy ước dấu: Các sức điện động, dòng