Điện từ học
Điện là điện tích di chuyển, được điều khiển bởi hiệu điện thế, bị cản trở bởi mọi linh kiện — và mọi dòng điện đều tạo ra từ trường. Chủ đề lớn nhất của OxfordAQA xây dựng bộ công cụ mạch điện, hành vi của linh kiện, và nam châm điện đi kèm.
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, chủ đề 3.5 (Phiên bản 5.1). Các phát biểu đánh dấu (P) chỉ áp dụng cho Bài thi-2-.
Mạch điện
Kim loại dẫn điện vì chúng có electron tự do; (P) sự mất cân bằng điện tích cô lập là tĩnh điện, được phóng điện khi xuất hiện đường dẫn dẫn điện (sấm sét). Dòng điện là tốc độ dòng chảy của điện tích:
Điện áp đẩy điện tích chạy quanh mạch; hiệu điện thế giữa hai đầu một linh kiện đo năng lượng truyền tải trên mỗi đơn vị điện tích (volt = joule trên coulomb). Học các ký hiệu tiêu chuẩn — công tắc, đèn, cầu chì, pin, bộ pin, diode, điện trở, biến trở, nhiệt điện trở, LDR, LED, ampe kế và vôn kế.
Ở nhiệt độ không đổi, đồ thị V–I của điện trở là đường thẳng (ohmic); một đèn sợi đốt có đường cong khi các ion dao động mạnh hơn theo nhiệt độ; một diode chỉ dẫn điện theo chiều thuận; (P) nhiệt điện trở giảm điện trở khi nhiệt độ tăng (dùng trong bộ điều nhiệt); LDR giảm điện trở khi ánh sáng tăng (dùng trong hệ thống chiếu sáng tự động); LED phát ra ánh sáng theo chiều thuận và tiết kiệm năng lượng so với đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang compact (CFL).
Nối tiếp: cùng dòng điện, hiệu điện thế được phân chia, điện trở cộng lại. Nối song: cùng hiệu điện thế, dòng điện bị phân chia, điện trở tổng hợp nhỏ hơn bất kỳ điện trở nào. Điện tích va chạm với mạng tinh thể làm nóng mọi điện trở.
Ví dụ minh họa. Một bóng đèn 230 V tiêu thụ 0.25 A: $R = 230/0.25 = 920\ \Omega$. Hai điện trở 4 Ω nối tiếp qua nguồn 12 V mang dòng $I = 12/8 = 1.5$ A; nếu nối song, $R = 2\ \Omega$ và nguồn cung cấp $I = 12/2 = 6$ A.
Từ tính và điện từ
Các cực: cùng tên đẩy nhau, khác tên hút nhau — lực không tiếp xúc. Đường sức từ đi từ Bắc sang Nam bên ngoài nam châm; hai cực đối diện đặt gần nhau tạo ra từ trường đều ở khoảng giữa chúng. Một nam châm cảm ứng sẽ hút khi nằm trong từ trường và mất từ tính khi rời khỏi; từ trường Trái Đất giúp la bàn định hướng.
Dây dẫn có dòng điện chạy qua có các đường sức từ hình tròn bao quanh (dòng lớn hơn → từ trường mạnh hơn; đảo chiều dòng → đảo chiều đường sức). Một cuộn dây solenoid tập trung từ trường; khi có lõi sắt mềm, nó trở thành nam châm điện — có thể bật/tắt, điều chỉnh được, dùng trong cần cẩu bãi phế liệu, rơ-le và khóa cửa. Thực hành yêu cầu: các yếu tố quyết định độ mạnh của nam châm điện.
Tự kiểm tra
- Tại sao kim loại dẫn điện?
- Phát biểu mối liên hệ giữa dòng điện, điện tích và thời gian kèm đơn vị.
- Tính điện tích chảy qua khi 2 A đi qua trong 30 s.
- Phát biểu dạng đồ thị V-I cho điện trở ở nhiệt độ không đổi và cho đèn sợi đốt.
- (P) Điện trở của nhiệt điện trở thay đổi thế nào khi nhiệt độ tăng?
- Phát biểu quy luật về dòng điện và hiệu điện thế cho cách mắc nối tiếp và nối song.
- Tính R cho nguồn 12 V đẩy dòng 0.5 A.
- Phát biểu quy luật cực và chiều của đường sức từ bên ngoài nam châm.
- Nam châm cảm ứng là gì?
- Tên hai cách để làm mạnh nam châm điện.
Đáp án: 1 chúng chứa các electron tự do di chuyển khi có hiệu điện thế; 2 Q = It, điện tích (C) = cường độ dòng điện (A) × thời gian (s); 3 Q = 2 × 30 = 60 C; 4 đường thẳng đi qua gốc tọa độ; đồ thị hình chữ S dẹt dần khi dòng điện (và nhiệt độ) tăng; 5 (P) nó giảm — dùng trong bộ điều nhiệt; 6 nối tiếp — cùng dòng điện mọi nơi, hiệu điện thế cộng lại; song song — cùng hiệu điện thế trên các nhánh, dòng điện cộng lại; 7 R = 12/0.5 = 24 Ω; 8 cực同名 đẩy nhau, cực khác tên hút nhau; từ N đến S bên ngoài nam châm; 9 vật liệu từ hóa trở thành nam châm chỉ khi đặt trong từ trường — chỉ hút, mất phần lớn từ tính khi移除; 10 nhiều vòng dây hơn trên cuộn; dòng điện lớn hơn (cũng cần lõi sắt mềm).