Suất điện động là gì?

Hiểu như thế nào về suất điện động?

Suất điện động hay còn được gọi lực điện động (EMF – viết tắt của electromotive force) của một nguồn điện chính là công của lực lạ để có thể di chuyển một điện tích dương từ cực âm sang cực dương của nguồn điện (ngược chiều của điện trường).

Trong cảm ứng điện từ, suất điện động hay lực điện động có thể được hiểu là suất điện động cảm ứng để gây ra dòng điện cảm ứng có trong mạch kín.

Từ “lực” ở trong trường hợp này không nhầm lẫn với lực ở trong cơ học và được đo bằng đơn vị Newton. Còn ở đây sẽ sử dụng đơn vị đo là Vôn.

Suất điện động được xuất hiện ở nguồn điện một chiều giống như ắc quy hoặc pin, hoặc trong vòng dây kín, chúng sẽ được đặt trong từ trường biến thiên.

Suất điện động được kí hiệu là chữ hoa E.Trong trường hợp A được đo bằng Jun và q được đo lường bằng Culong thì Suất điện động sẽ được đo bằng đơn vị Vôn (V): 1V = 1J/C.

Giới thiệu về suất điện động của nguồn điện

Số vôn được ghi trên mỗi nguồn điện như pin hoặc acquy sẽ cho biết giá trị của suất điện động của các nguồn điện đó. Đó cũng được xem là giá trị của hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn điện khi mạch ngoài hở. Do đó, suất điện động của nguồn điện sẽ có giá trị bằng với hiệu điện thế giữa 2 cực khi mạch ngoài bị hở.

Suất điện động của pin điện hóa

Đây được xem là loại pin có cấu tạo từ 2 mảnh kim loại và được ngâm trong chất điện phân. Ví dụ như muối, dung dịch axit, bazo,…

Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều loại pin điện hóa khác nhau, tiêu biểu như Đanien, pin Volta,..

Chúng ta sẽ lấy ví dụ về pin Volta để phân tích. Đây được xem là nguồn điện hóa học được chế tạo đầu tiên gồm một cực bằng kẽm và cực còn lại được làm từ nguyên liệu đồng. Chúng sẽ được ngâm trong dung dịch axit sunfuric loãng.

Trong pin Volta, suất điện động sẽ được hình thành như sau:

Do chịu tác dụng của hóa học nên các ion kẽm Zn2+ của thanh kẽm đi vào dung dịch axit sunfuric. Chính điều này đã làm cho lớp dung dịch tiếp giáp với thanh kẽm được tích điện dương. Khi thanh kẽm đang thừa electron nên sẽ tích điện âm. Vì vậy, giữa thanh kẽm và dung dịch sẽ có một điện trường được hướng từ dung dịch đến thanh kẽm.

Điện trường này sẽ có tác động ngăn cản sự di chuyển tiếp theo của các ion Zn2+ từ thanh kẽm di chuyển vào dung dịch. Cùng lúc này sẽ tăng cường các sự dịch chuyển ngược lại của những ion ZN2+ từ dung dịch vào thanh kẽm.

Sự cân bằng này đã được thiết lập khi số lượng ion đi ra thanh kẽm và số lượng ion đi vào thanh kẽm là như nhau. Thí nghiệm này cũng đã chứng minh rằng giữa thanh kẽm và dung dịch có hiệu điện thế khoảng U1 = 0,74 V.

Còn về phía thanh đồng thì sẽ có những ion H+ có trong dung dịch tới và bám lấy cực đồng, chúng sẽ thu lấy các electron có trong thanh đồng và được chuyển thành khí H2. Vì vậy, thanh đồng sẽ mất bớt electron và tích điện dương.

Khi đã thiết lập cân bằng điện hóa thì giữa thanh đồng và dung dịch sẽ xuất hiện hiệu điện thế khoảng U2 = 0,34V. Kết quả nhận được là giữa 2 cực của pin Volta có một hiệu điện thế được xác định là e = U1 – U2 tương đương 1,1V. Đó cũng chính là suất điện động của pin Volta.

Suất điện động của acquy

Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều loại acquy khác nhau, tiêu biểu như acquy axit (acquy chì), acquy kiềm,…nhưng đơn giản nhất vẫn là acquy chì hoặc acquy axit. Acquy chì gồm có bản cực dương được làm bằng chì đioxit (PbO2) và bản cực âm sẽ được làm từ chất liệu chì (Pb).

Chất điện phân chính là dung dịch axit sunfuric pha loãng. Do chúng có tác dụng với dung dịch điện phân nên 2 bản cực được tích điện ngược dấu và được hoạt động tương tự với pin điện hóa. Acquy chì có suất điện động chỉ khoảng 2V. Sau một khoảng thời gian sử dụng, cả 2 bản cực đều được phủ một một lớp vỏ ngoài bằng chì sunfat.

Do đó, suất điện động của acquy sẽ bị giảm dần. Một khi xuất hiện dao động giảm tới 1,85 V thì người ta cần phải nạp điện lại cho acquy. Khi nạp điện cho thiết bị acquy thì người ta cần phải cho một dòng điện được chạy từ cực dương của acquy sang cực âm.

Suất điện động cảm ứng trong mạch kín là gì?

Suất điện động cảm ứng trong mạch kín có thể hiểu là sự xuất hiện của dòng cảm ứng ở trong một mạch kín, mạch kín này sẽ được ký hiệu là C, khi có dòng cảm ứng xuất hiện thì chứng tỏ trong mạch kín C này đã tồn tại một dòng điện. Khi đó, người ta gọi suất điện động của mạch kín C chính là suất điện động cảm ứng.

Tìm hiểu định luật Fa-ra-day trong suất điện động cảm ứng

Giả sử nếu như ở trong mạch kín C, bạn đặt trong một từ trường, khi mà từ thông qua mạch biến thiên một đại lượng ∆Φ trong một khoảng thời gian nhất định nào đó, được kí hiệu là ∆t. Nếu như trong quá trình quan sát, sự biến thiên từ thông này có thể thực hiện được bằng cách dịch chuyển một mạch nào đó. Trong sự dịch chuyển thì lực tương tác đó sẽ diễn ra liên tục lên mạch C, sau đó thì lực tác dụng này đã sinh ra một công và được ký hiệu là ∆A (khoa học đã chứng minh ra là ∆A  = i∆Φ)

Đặt I là cường độ của dòng điện cảm ứng trong mạch điện. Nếu bạn áp dụng theo định luật len – xơ thì nếu như lực từ tác dụng lên một mạch C thì chúng sẽ cản trở chuyển động để có thể tạo ra biến thiên từ thông. Do đó, nếu bạn muốn thực hiện sự dịch chuyển của mạch C này thì phải có ngoại lực tác dụng lên C và đồng thời thì ngoại lực này sinh 2 công là công thắng và công cản của lực từ.

Công thức của định luật Faraday: ∆A’ = -∆A = -i∆Φ

Trong đó:

Công ∆A’ có một độ lớn bằng tổng phần năng lượng có được do bên ngoài cung cấp vào trong cho mạch C. Sau đó, chúng sẽ được chuyển hóa thành điện năng của suất điện động cảm ứng ec cũng tương tự như điện năng ban đầu do một nguồn điện sản ra trong khoảng thời gian nó hoạt động ∆t.

Độ lớn của suất điện động cảm ứng sẽ được xuất hiện trong một mạch kín, độ lớn của suất điện động sẽ được tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông khi nó đi qua mạch kín đó.

Trên đây là những chia sẻ về suất điện động, suất điện động trong mạch kín cũng như tìm hiểu về định nghĩa Faraday. Hy vọng với các thông tin mà chúng tôi gửi đến đã giúp bạn hiểu hơn về nguyên lý hoạt động của các vấn đề trên.