Các đại lượng điện và Định luật Ohm (Phần 3)

2-5. Tốc độ của dòng điện

Để xác định tốc độ của dòng điện chạy qua một dây dẫn, trước tiên người ta phải làm rõ chính xác thì cái gì đang được đo. Như đã nói ở phần trước, dòng điện là dòng electron chạy qua một vật dẫn. Giả sử bằng cách nào đó ta có thể nhặt một electron ra khỏi dây dẫn và nhận dạng nó bằng cách sơn nó màu đỏ. Nếu có thể quan sát sự diễn tiến của electron đã nhận dạng khi nó di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, thì ta sẽ thấy một electron độc thân di chuyển khá chậm chạp (Hình 5). Ước tính một electron độc thân di chuyển ở tốc độ khoảng 3 inch mỗi giờ với dòng điện 1 ampere.

Các electron di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Hình 2-5. Các electron di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Một yếu tố nữa phải được xét đến là mạch điện là một chiều (DC), xoay chiều (AC), hay sóng vô tuyến. Các sóng vô tuyến lan truyền nhanh xấp xỉ tốc độ ánh sáng, tức khoảng 300.000.000 m/s. Vận tốc của điện xoay chiều truyền qua một vật dẫn thì nhỏ hơn tốc độ ánh sáng vì trong vật liệu điện môi từ trường truyền đi chậm hơn khi chúng truyền trong không gian tự do. Công thức bên dưới có thể dùng để tính bước sóng của một tín hiệu đang truyền qua một vật dẫn. Bước sóng là quãng đường dòng điện truyền đi trong một chu kì AC. Bước sóng được trình bày đầy đủ hơn ở Bài 15.

L = 984V/f

trong đó

L = chiều dài, đo theo foot

V = hệ số vận tốc

f = tần số, đo theo megahertz (MHz)

Hệ số vận tốc được xác định bởi loại vật dẫn. Bảng 2-1 cung cấp hệ số vận tốc cho một vài loại cáp đồng trục và vật dẫn song song.

Một tín hiệu 5 MHz sẽ truyền đi được quãng đường bao xa trong một vật dẫn có hệ số vận tốc 0,66 trong một chu kì AC?

L = (984 × 0,66)/5

L = 129,888 foot

Số liệu cho các loại đường dây tải khác nhau.

Bảng 2-1. Số liệu cho các loại đường dây tải khác nhau.

Khi đẩy thêm một quả cầu vào một đầu, thì một quả cầu văng ra ở đầu bên kia

Hình 2-6 Khi đẩy thêm một quả cầu vào một đầu, thì một quả cầu văng ra ở đầu bên kia. Nguyên lí cơ bản này gây ra hiệu ứng tức thời của các xung điện.

Trong một mạch điện DC, xung điện có thể có vẻ nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Giả sử có một cái ống chứa đầy những quả bóng bàn (Hình 2-6). Mỗi lần có một quả bóng đi vào đầu bên này của ống, thì một quả bóng khác đi ra ở đầu bên kia. Nguyên lí này cũng đúng đối với các electron trong một dây dẫn. Có hàng tỉ electron trong một dây dẫn. Nếu một electron đi vào đầu dây bên này, thì một electron khác vọt ra ở đầu dây bên kia. Giả sử có một dây dẫn đủ dài để quấn xung quanh Trái đất 10 vòng. Nếu nối một nguồn điện và một công tắc ở đầu dây bên này và một bóng đèn ở đầu dây bên kia (Hình 2-7), thì bóng đèn sẽ sáng ngay khi công tắc được đóng. Ánh sáng cần khoảng 1,3 giây để truyền đi 10 vòng xung quanh Trái đất.

Xung điện có thể có vẻ truyền đi nhanh hơn ánh sáng.