Cường độ dòng điện là gì? Công thức, đơn vị đo và ứng dụng

Cường độ dòng điện là gì?

Cường độ dòng điện là một đại lượng vật lý đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số giữa lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng của một vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

- 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 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.

Ký hiệu cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện được ký hiệu là I. Đây là chữ viết tắt của từ “Intensité” - cường độ dòng điện trong tiếng Pháp. Chữ I trong hệ đo lường quốc tế SI.

Đơn vị đo cường độ dòng điện

Đơn vị đo lường cường độ dòng điện là ampe (A). Nó được đặt theo tên viết tắt của một nhà vật lý và toán học người pháp André Marie Ampère (1775 - 1836). Ông là một trong những nhà phát minh ra điện từ trường và phát biểu nó thành định luật mang tên ông (định luật Ampere).

1 A = 1000 mA
1 mA = 1000 μA
1 mA = 11000 A
1 μA = 11000 mA = 11000000 A

Cường độ dòng điện tiếng Anh là gì?

Trong tiếng Anh, cường độ dòng điện là Amperage.

Dụng cụ đo cường độ dòng điện

Ampe kế

- Ampe kế là một thiết bị điện được sử dụng để đo cường độ dòng điện chạy qua một mạch điện. Ampe kế được mắc nối tiếp trong mạch điện, có nghĩa là dòng điện chạy qua ampe kế cũng chạy qua các thiết bị điện khác trong mạch.

- Ampe kế được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

Kỹ thuật điện: Ampe kế được sử dụng để kiểm tra, bảo trì, và sửa chữa các thiết bị điện.
Thực nghiệm khoa học: Ampe kế được sử dụng để đo cường độ dòng điện trong các thí nghiệm khoa học.
Công nghiệp: Ampe kế được sử dụng để giám sát hoạt động của các thiết bị điện trong các nhà máy, xí nghiệp.

- Ampe kế có hai loại chính:

+ Ampe kế điện từ: Ampe kế điện từ dựa trên nguyên lý hoạt động của nam châm điện. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của ampe kế, cuộn dây sẽ tạo ra từ trường. Từ trường này tác dụng lên nam châm vĩnh cửu, làm kim chỉ thị của ampe kế dịch chuyển.

+ Ampe kế điện tử: Ampe kế điện tử dựa trên nguyên lý hoạt động của mạch điện tử. Khi có dòng điện chạy qua ampe kế, mạch điện tử sẽ đo được cường độ dòng điện và hiển thị kết quả trên màn hình.

• Ampe kế chỉ thị: Đây là loại ampe kế có một kim chỉ thị trên mặt số, giá trị của cường độ dòng điện được thể hiện bằng vị trí của kim chỉ thị trên mặt số. 
• Ampe kế số: Đây là loại ampe kế hiện đại, có một màn hình hiển thị số, giá trị của cường độ dòng điện được hiển thị trên màn hình số.

- Các bước đo cường độ dòng điện bằng ampe kế:

• Chọn ampe kế có phạm vi đo phù hợp với cường độ dòng điện cần đo.
• Mắc ampe kế nối tiếp trong mạch điện.
• Bật nguồn điện.
• Đọc kết quả đo trên kim chỉ thị của ampe kế hoặc trên màn hình ampe kế điện tử.

* Lưu ý khi dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện trong mạch

- Ampe kế phải được mắc nối tiếp trong mạch điện, không mắc song song.

- Ampe kế phải được mắc sao cho chiều dòng điện chạy qua ampe kế trùng với chiều dòng điện chạy qua các thiết bị điện khác trong mạch.

- Không được đo cường độ dòng điện quá lớn, vượt quá phạm vi đo của ampe kế.

Đồng hồ vạn năng (Vạn năng kế)

Đồng hồ vạn năng có nhiều công dụng như đo cường độ dòng điện, điện áp và điện trở. Một số sản phẩm thuộc dòng cao cấp còn có khả năng đo tần số, tụ điện, kiểm tra diode,...

Chuẩn bị đồng hồ vạn năng và dây dẫn

- Đồng hồ vạn năng cần có thang đo cường độ dòng điện. Thang đo cường độ dòng điện thường được ký hiệu là mA hoặc A.

- Dây dẫn cần có hai đầu cắm. Một đầu cắm vào cổng COM của đồng hồ vạn năng, đầu còn lại cắm vào cổng mA hoặc A của đồng hồ vạn năng, tùy thuộc vào thang đo cường độ dòng điện đã chọn.

Chọn thang đo phù hợp

- Thang đo cường độ dòng điện cần được chọn phù hợp với cường độ dòng điện cần đo. Nếu cường độ dòng điện cần đo lớn hơn giá trị tối đa của thang đo, đồng hồ vạn năng có thể bị hỏng.

Kết nối dây dẫn với đồng hồ vạn năng và mạch điện

- Đầu cắm dây dẫn vào cổng COM của đồng hồ vạn năng được cắm vào cổng COM của mạch điện. Đầu cắm dây dẫn vào cổng mA hoặc A của đồng hồ vạn năng được cắm vào cổng mA hoặc A của mạch điện, tùy thuộc vào thang đo cường độ dòng điện đã chọn.

- Kết nối dây dẫn với đồng hồ vạn năng và mạch điện.

Đọc kết quả đo

Khi có dòng điện chạy qua đồng hồ vạn năng, kim chỉ thị của đồng hồ vạn năng sẽ dịch chuyển. Giá trị cường độ dòng điện được đọc trên thang đo của đồng hồ vạn năng.

* Một số lưu ý khi đo cường độ dòng điện bằng đồng hồ vạn năng

- Khi đo cường độ dòng điện xoay chiều, cần sử dụng thang đo mA hoặc A cho dòng điện xoay chiều.

- Khi đo cường độ dòng điện có giá trị lớn, cần sử dụng đồng hồ vạn năng có thang đo phù hợp.

- Không nên đo cường độ dòng điện lớn hơn giá trị tối đa của thang đo vì có thể làm hỏng đồng hồ vạn năng.

- Khi đo cường độ dòng điện, cần đảm bảo an toàn điện, tránh tiếp xúc với dòng điện trực tiếp.

Ý nghĩa vật lý của cường độ dòng điện

- Cường độ dòng điện ảnh hưởng đến các hiện tượng điện như sự phát sáng của đèn, sự hoạt động của động cơ điện, sự nóng chảy của vật dẫn.

+ Sự phát sáng của đèn: Cường độ dòng điện càng lớn thì đèn càng sáng. Điều này là do khi có dòng điện chạy qua đèn, các electron trong dây tóc đèn sẽ chuyển động, tạo ra nhiệt và ánh sáng. Cường độ dòng điện càng lớn thì số lượng electron chuyển động càng nhiều, khiến đèn càng sáng.

+ Sự hoạt động của động cơ điện: Cường độ dòng điện càng lớn thì động cơ điện càng hoạt động mạnh. Điều này là do khi có dòng điện chạy qua động cơ điện, các cuộn dây trong động cơ sẽ tạo ra lực điện từ, tác động lên rotor của động cơ, khiến động cơ quay. Cường độ dòng điện càng lớn thì lực điện từ càng lớn, khiến động cơ quay càng mạnh.

+ Sự nóng chảy của vật dẫn: Cường độ dòng điện càng lớn thì vật dẫn càng nóng chảy nhanh. Điều này là do khi có dòng điện chạy qua vật dẫn, các electron trong vật dẫn sẽ chuyển động, tạo ra nhiệt. Cường độ dòng điện càng lớn thì số lượng electron chuyển động càng nhiều, khiến vật dẫn nóng chảy càng nhanh.

- Cường độ dòng điện quyết định công suất tiêu thụ của các thiết bị điện.

- Cường độ dòng điện quá lớn có thể gây nguy hiểm cho con người. Cường độ dòng điện từ 10 mA đến 25 mA có thể gây tê liệt cơ bắp, khiến người bị điện giật không thể tự thoát khỏi nguồn điện. Cường độ dòng điện từ 50 mA trở lên có thể gây tử vong.

Tổng hợp các công thức tính cường độ dòng điện

Công thức tính cường độ dòng điện không đổi

I = q/t

Trong đó:

I là cường độ dòng điện (A)
q là lượng điện tích (C)
t là thời gian (s)

Công thức tính cường độ dòng điện định mức

I = PU

Trong đó:

I là cường độ dòng điện định mức (A)
P là công suất điện (W)
U là hiệu điện thế (V)

Công thức tính cường độ dòng điện theo định luật ôm

I = U/R

Trong đó:

I là c.độ d.điện (A)
U là hiệu điện thế (U)
R là điện trở (Ω)

Công thức tính cường độ dòng điện hiệu dụng

$I = \frac{I_{0}}{\sqrt{2}}$

Trong đó:

I là cường độ dòng điện (A)
I₀ là cường độ dòng điện cực đại (A)

Công thức tính cường độ dòng điện bão hòa

I = n.e

Trong đó:

n là số electron
e là điện tích electron

Công thức tính cường độ dòng điện ba pha dùng cho máy biến áp

$I = P/(\sqrt{3}.U.cosφ.hiệu suất)$

Trong đó:

P là công suất động cơ
U là điện áp sử dụng

Công thức tính cường độ dòng điện xoay chiều

P = U.I.cosφ

Trong đó: 

I là cường độ dòng điện định mức (A)
P là công suất điện (W)
U là hiệu điện thế (V)
φ là góc lệch pha giữa U và I.

Phân loại cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện có thể được chia thành hai loại chính là cường độ dòng điện một chiều và cường độ dòng điện xoay chiều.

Cường độ dòng điện một chiều

Cường độ dòng điện một chiều (DC) là dòng điện có chiều không đổi theo thời gian, được tạo ra bởi các nguồn điện một chiều chẳng hạn như pin, acquy. Cường độ dòng điện một chiều thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn như máy tính, điện thoại.

Cường độ dòng điện xoay chiều

Cường độ dòng điện xoay chiều (AC) là dòng điện có chiều thay đổi theo chu kỳ, được tạo ra bởi các nguồn điện xoay chiều chẳng hạn như máy phát điện. Cường độ dòng điện xoay chiều thường được sử dụng trong các thiết bị điện gia dụng, chẳng hạn như bóng đèn, tivi.

Ngoài ra, cường độ dòng điện còn được chia thành các loại khác dựa trên các tiêu chí khác nhau như:

- Theo hướng đi: Cường độ dòng điện thuận, cường độ dòng điện nghịch.

- Theo tác dụng: Cường độ dòng điện cảm giác, cường độ dòng điện co giật.

- Theo tần số: Cường độ dòng điện tần số thấp, cường độ dòng điện tần số trung bình, cường độ dòng điện tần số cao.

Ứng dụng của cường độ dòng điện

- Cường độ dòng điện cho biết độ mạnh, yếu của dòng điện. Cường độ dòng điện càng lớn thì dòng điện càng lớn và ngược lại.

- Duy trì độ bền và an toàn cho thiết bị điện: Mỗi thiết bị điện đều có hạn mức cường độ dòng điện chạy qua khác nhau để đảm bảo được độ bền và độ an toàn. Lúc này, nếu biết được độ mạnh yếu của dòng điện, ta sẽ có cách để duy trì dòng điện ổn định, đúng giới hạn cho phép.

- Đảm bảo sức khỏe và tính mạng cho con người: Trong quá trình sử dụng điện, cường độ dòng điện quá lớn có thể dẫn đến các hiện tượng như điện giật, phóng điện, nổ điện… Nếu dòng điện trực tiếp chạy qua cơ thể người, chúng có thể gây ra một số tác hại như tổn thương cơ bắp, tim, hệ tuần hoàn, cơ quan hô hấp… Cường độ dòng điện đóng vai trò cảnh báo mức độ nguy hiểm có thể gặp phải để mọi người tránh và có biện pháp xử lý kịp thời. Trị số dòng điện xoay chiều 50 - 60Hz an toàn là 10mA.