Thực đơn
Điện
Hiện tượng vật cho hay nhận điện tử trở thành Điện tích. Khi vật nhận điện tử trở thành điện tử âm. Khi vật cho điện tử trở thành điện tử dương
Điện tích là tính chất của những hạt hạ nguyên tử, làm xuất hiện cũng như tương tác với lực điện từ, một trong bốn tương tác cơ bản của tự nhiên. Điện tích có nguồn gốc từ nguyên tử, trong đó các electron và proton ở hạt nhân mang điện tích. Nó là đại lượng bảo toàn, có nghĩa là tổng điện tích của một hệ cô lập luôn không đổi bất kể có sự thay đổi nào diễn ra trong hệ đó.[22] Trong hệ, điện tích có thể truyền giữa các vật, hoặc bởi tiếp xúc trực tiếp, hoặc bởi truyền qua vật trung gian, như sợi dây chẳng hạn.[23] Thuật ngữ tĩnh điện liên quan đến sự có mặt (hoặc 'mất cân bằng') điện tích của một vật thể, thường xảy ra khi vật liệu bị chà xát với nhau, dẫn đến truyền điện tích từ vật này sang vật kia.
Điện tích cùng dấu trên lá vàng của điện nghiệm làm cho hai lá vàng đẩy nhau.Sự có mặt của điện tích kéo theo xuất hiện lực điện từ: các điện tích tác dụng lực lên lẫn nhau, một hiệu ứng đã được biết tới từ thời cổ đại, mặc dù lúc đó người ta chưa hiểu bản chất của nó.[24] Một quả cầu nhẹ treo trên một sợi dây có thể được tích điện bằng cách dùng một thanh thủy tinh mang điện tích - sau khi chà vào áo - chạm vào quả cầu. Nếu một quả cầu khác giống với nó cũng được tích điện bằng cùng thanh thủy tinh, kết quả là hai quả cầu sẽ đẩy nhau khi đưa lại gần nhau: các điện tích đã tác dụng lực lên mỗi quả cầu. Hai quả cầu được tích điện bởi cùng một mẫu hổ phách cũng đẩy nhau. Tuy nhiên, nếu một quả được tích điện từ một thanh thủy tinh, còn quả kia được tích điện từ mẫu hổ phách, thì khi đưa lại gần chúng sẽ hút nhau. Những hiện tượng này đã được khảo cứu từ cuối thế kỷ 18 bởi Charles-Augustin de Coulomb, người đã khám phá ra các điện tích tác dụng theo hai cách khác nhau: các vật tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau và các vật tích điện trái dấu sẽ hút nhau.[24]
Độ lớn của lực điện từ, cho dù là lực đẩy hay lực hút, sẽ tuân theo định luật Coulomb, lực bằng tích của độ lớn điện tích chia cho bình phương khoảng cách giữa chúng.[25][26] Lực điện từ rất mạnh, chỉ xếp sau tương tác mạnh,[27] nhưng có phạm vi tác dụng tới vô hạn trên lý thuyết.[28] Khi so sánh với lực yếu nhất là lực hấp dẫn, lực điện từ đẩy hai electron với độ lớn gấp 1042 lần so với lực hấp dẫn hút giữa chúng ở cùng 1 khoảng cách.[29]
Các electron và proton mang điện tích trái dấu, lần lượt là điện tích âm và điện tích dương. Benjamin Franklin là người đầu tiên đã quy ước ra điện tích âm và điện tích dương cho các vật mà ông thí nghiệm.[30] Lượng điện tích trên mỗi vật hay hạt được ký hiệu là Q có đơn vị đo bằng coulomb;[31] mỗi electron mang lượng điện tích như nhau và bằng −1,6022×10−19 coulomb. Proton có cùng giá trị điện tích như vậy nhưng trái dấu, và bằng +1,6022×10−19 coulomb. Điện tích là thuộc tính không chỉ ở vật chất, mà còn ở phản vật chất, mỗi phản hạt mang cùng giá trị điện tích nhưng trái dấu so với hạt tương ứng của nó.[32]
Có một số dụng cụ để đo điện tích, như ban đầu các nhà khoa học sử dụng điện nghiệm lá vàng, mà vẫn còn sử dụng trong các trường học ngày nay, và đã được thay thế bằng các điện kế điện tử chính xác hơn.[23]
Có hai loại điện tích và điện tích âm và điện tích dương. Các vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau và khác loại thì hút nhau.
Dòng điện xuất hiện khi có sự di chuyển của các điện tích, với cường độ của dòng điện được đo bằng ampere. Dòng điện có thể chứa bất kỳ loại điện tích di chuyển nào, mà thường gặp đó là electron, nhưng bất kỳ điện tích nào chuyển động cũng tạo nên dòng điện.
Vì lý do quy ước trong lịch sử, chiều dương của dòng điện được định nghĩa có cùng chiều với hướng di chuyển của các điện tích dương chứa trong nó, hoặc là hướng truyền từ phần cực dương trong mạch sang phần cực âm. Dòng điện định nghĩa theo cách này gọi là dòng điện quy ước. Trong các mạch điện tử, chiều dương của dòng điện là chiều ngược với hướng chuyển động của các electron trong mạch.[33] Tuy vậy phụ thuộc vào từng điều kiện, dòng điện có thể gồm dòng các hạt điện tích chạy theo một trong hai hướng, hay thậm chí cả hai hướng cùng một lúc. Quy ước chiều dương, chiều âm chỉ là cho đơn giản hóa trong các trường hợp.
Hồ quang điện là một trong những biểu hiện của dòng điện năng lượng cao.Sự dẫn điện là quá trình dòng điện truyền qua một vật liệu hay môi trường, và bản chất của nó thay đổi theo loại hạt điện tích và môi trường dòng điện truyền qua. Ví dụ của sự truyền điện bao gồm sự dẫn diện trong kim loại, khi các electron chạy trong chất dẫn như kim loại, và quá trình điện phân, khi các ion chạy trong chất lỏng, hoặc sự xuất hiện plasma như trong tia lửa điện. Trong khi các hạt tự chúng có thể di chuyển rất nhanh, đôi khi vận tốc trôi (drift velocity) trung bình chỉ bằng vài phần của 1 milimét trên giây,[34] trong khi điện trường phát sinh từ các hạt điện tích lan truyền với vận tốc xấp xỉ tốc độ ánh sáng, cho phép tín hiệu điện truyền một cách nhanh chóng qua sợi dây.[35]
Dòng điện gây ra một vài hiệu ứng quan sát được, mà về mặt lịch sử thông qua các hiệu ứng này mà các nhà khoa học có thể biết đến sự có mặt của nó và nghiên cứu nó. Năm 1800, Nicholson và Carlisle khám phá ra sự phân ly của nước khi cho dòng điện xuất phát từ pin vônta chạy qua, quá trình này đã dẫn tới sự phát hiện ra quá trình điện phân. Công trình của họ đã được Michael Faraday mở rộng nghiên cứu vào năm 1833.[36] Dòng điện chạy qua điện trở sẽ làm nóng cục bộ vật đó lên, một hiệu ứng được James Prescott Joule nghiên cứu và mô tả bằng toán học vào năm 1840.[36] Một trong những khám phá quan trọng nhất, xảy ra trong tình huống bất ngờ vào năm 1820, khi Hans Christian Ørsted đang chuẩn bị bài giảng, ông đã thấy sợi dây điện làm chuyển động kim la bàn đặt gần nó.[37] Ông khai phá ra ngành điện từ học với phát hiện về mối liên hệ mật thiết giữa từ học và điện học. Ngoài ra, các sóng điện từ phát ra từ hồ quang điện là đủ lớn để gây ra sự giao thoa sóng điện từ, và có thể làm ảnh hưởng đến sự hoạt động của các thiết bị đặt gần đó.[38]
Trong kỹ thuật công nghiệp hoặc ứng dụng đời sống hàng ngày, dòng điện thường được miêu tả bằng dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC). Những thuật ngữ này liên quan đến tính chất biến đổi của dòng điện theo thời gian. Dòng điện một chiều, tạo ra từ pin và cung cấp năng lượng cho đa số các thiết bị điện tử, là dòng đơn hướng, với hướng truyền từ cực dương của mạch điện sang cực âm của mạch đó.[39] Nếu, và trong đa số các trường hợp, dòng này chứa các electron, thì các electron sẽ di chuyển theo hướng ngược lại. Dòng điện xoay chiều là dòng có chiều dòng điện đảo liên tục tuần hoàn tương tự như sóng sin.[40] Do vậy dòng xoay chiều di chuyển tới lui trong dây dẫn mà các hạt điện tích không hề di chuyển được một quãng đường nào theo thời gian. Giá trị trung bình theo thời gian của dòng điện xoay chiều là bằng không, nhưng nó mang năng lượng truyền đi theo một hướng, và sau đó là ngược lại. Dòng xoay chiều bị ảnh hưởng bởi các tính chất điện mà không xuất hiện hay xảy ra ở dòng điện một chiều trong trạng thái dừng, như độ tự cảm và điện dung.[41] Những tính chất này trở lên quan trọng đối với mạch điện khi nó ở trạng thái đáp ứng nhất thời, như lần đầu tiên được nạp năng lượng hay bật công tắc.
Michael Faraday là người đầu tiên nêu ra khái niệm điện trường. Vật thể mang điện sẽ tạo ra trong không gian xung quanh nó một điện trường, và làm tác động lực lên những vật thể mang điện khác nằm trong trường này. Điện trường tác dụng giữa hai điện tích theo cách tương tự như trường hấp dẫn tác dụng giữa hai khối lượng: chúng được coi là có tầm tác dụng xa vô hạn và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật.[28] Tuy nhiên có một sự khác biệt quan trọng giữa hai trường này. Trường hấp dẫn luôn luôn hút mọi vật về phía nhau, trong khi điện trường có thể tác dụng lực đẩy hoặc lực hút lên các điện tích, tùy thuộc vào điện tích đó là dương hay âm. Do những vật thể lớn như các hành tinh nói chung về tổng thể trung hòa về điện, do đó điện trường của nó ở khoảng cách lớn coi như bằng 0. Do đó trường hấp dẫn thống trị ở thang khoảng cách lớn trong vũ trụ, mặc dù nó là tương tác yếu nhất trong các tương tác cơ bản.[29]
Các đường sức trường đi ra khỏi điện tích dương.Điện trường nói chung biến đổi trong không gian,[42] và cường độ của nó tại một điểm bất kỳ được định nghĩa là lực (trên đơn vị điện tích) tác dụng lên một vật đứng yên có điện tích không đáng kể đặt tại điểm đó.[43] Khái niệm điện tích điểm, theo đó vật mang điện tích đủ nhỏ để điện trường tạo ra bởi điện tích điểm không gây ảnh hưởng đến điện trường khảo sát và nó phải đứng yên để tránh khỏi hiệu ứng sinh ra từ trường. Khi điện trường được định nghĩa theo phương pháp lực, mà lực là một đại lượng vectơ, do vậy điện trường là một trường vectơ có độ lớn và hướng.[43]
Nhánh nghiên cứu điện trường tạo ra từ điện tích đứng yên gọi là tĩnh điện học. Trường tĩnh điện có thể được minh họa bằng tập hợp những đường cong liên tục tưởng tượng mà hướng tại một điểm bất kỳ trên đường cong chính là hướng của điện trường tại điểm đó. Khái niệm này bắt nguồn từ Faraday,[44] mà thuật ngữ "các đường sức" đôi khi vẫn còn được sử dụng. Các đường sức trường là quỹ đạo của một hạt điện tích điểm mà nó buộc phải chuyển động theo trong điện trường; tuy vậy các đường sức không tồn tại thực tế mà chỉ là khái niệm để cho dễ hình dung, và trường thấm vào mọi khoảng không gian giữa những đường sức này.[44] Các đường sức có một số đặc điểm quan trọng: chúng bắt đầu từ điện tích dương và kết thúc tại điện tích âm; thứ hai chúng phải đi vào bất kỳ một vật dẫn nào dưới một góc vuông, và thứ ba chúng không bao giờ cắt nhau hoặc tạo thành một vòng kín.[45]
Mọi điện tích sẽ tồn tại ở mặt phía ngoài của một vật rỗng. Do đó điện trường sẽ bằng không tại mọi điểm bên trong vật dẫn.[46] Đây chính là nguyên lý hoạt động của lồng Faraday, một vỏ kim loại dẫn điện cho phép cô lập mọi thứ bên trong nó tránh khỏi ảnh hưởng của điện trường bên ngoài.
Các nguyên lý của tĩnh điện học là cơ sở quan trọng trong thiết kế các thiết bị điện áp cao. Có một ngưỡng giới hạn đối với cường độ điện trường mà một môi trường có thể chịu được. Vượt khỏi ngưỡng này, hiện tượng đánh thủng điện xuất hiện và hồ quang điện gây ra các tia lửa giữa các phần tích điện. Ví dụ đối với không khí, hồ quang điện giữa những khoảng nhỏ với cường độ điện trường vượt hơn 30 kV trên centimét. Trên những khoảng cách lớn hơn, cường độ trở lên nhỏ hơn, xuống còn 1 kV trên centimét.[47] Hiện tượng này hay gặp trong tự nhiên nhất chính là tia sét, khi các hạt điện tích bị tách ra trong các đám mây do sự dâng cao của cột khí, làm tăng điện trường trong không khí lớn hớn ngưỡng giới hạn mà nó có thể chịu được. Điện áp của các đám mây có tia sét có thể cao tới 100 MV và năng lượng giải phóng tới 250 kWh.[48]
Cường độ điện trường bị ảnh hưởng lớn bởi các vật dẫn điện gần nó, và nó đặc biệt mạnh khi nó bị buộc phải lượn theo những vật sắc nhọn. Nguyên lý này được ứng dụng trong các cột thu sét, cột nhọn nhằm thu hút sét đánh về phía nó hơn là đánh xuống các công trình xây dựng mà nó bảo vệ.[49]
Khái niệm điện thế liên hệ mật thiết với điện trường. Một điện tích điểm đật trong điện trường sẽ chịu một lực tác dụng, và cần công để di chuyển hạt từ vị trí này đến vị trí khác trong điện trường. Điện thế tại một điểm bất kỳ được định nghĩa bằng năng lượng cần thiết để đưa một hạt mang điện tích đơn vị từ xa vô tận đi chậm dần đến điểm đó. Đơn vị đo của điện thế thường bằng vôn, và 1 vôn tại một điểm là điện thế mà công bằng 1 joule cần thiết để đưa điện tích điểm có giá trị 1 coulomb từ xa vô tận đến điểm đó.[50] Định nghĩa chính thức này về điện thế trong thực tế lại có ít ứng dụng, và các nhà vật lý sử dụng khái niệm hữu ích hơn là hiệu điện thế, là năng lượng cần thiết để di chuyển một điện tích đơn vị giữa hai điểm xác định trong điện trường. Điện trường có một tính chất đặc biệt đó là tính bảo toàn, có nghĩa là năng lượng để di chuyển hạt giữa hai điểm trong điện trường là đại lượng không đổi bất kể quỹ đạo của hạt giữa hai điểm đó là như thế nào chăng nữa.[50] Đơn vị vôn cũng được sử dụng cho khái niệm hiệu điện thế thường sử dụng trong thực tế.
Vì mục đích ứng dụng, sẽ có ích khi định nghĩa một điểm tham chiếu chung cho tính toán và so sánh điện thế. Trong khi điểm này có thể là ở xa vô hạn, một điểm tham chiếu ích lợi hơn đó là bề mặt Trái Đất, mà được giả sử là có điện thế bằng nhau tại khắp mọi nơi. Điểm tham chiếu này do vậy mà có tên gọi tiếp địa. Các nhà vật lý giả sử bề mặt Trái Đất chứa vô hạn các điện tích âm và điện tích dương, và do đó nó không thể tích điện và xả điện thêm.[51]
Điện thế là một đại lượng vô hướng, có nghĩa là nó chỉ có độ lớn và không có hướng. Điều này tương tự như định nghĩa độ cao: giống như thả một vật rơi giữa hai độ cao trong trường hấp dẫn, do vậy một điện tích sẽ 'rơi' qua điện thế trong điện trường.[52] Giống như bình đồ với các đường đồng mức nối các điểm có cùng độ cao, tập hợp các đường nối các điểm có cùng điện thế (gọi là đường đẳng điện thế) có thể vẽ ra xung quanh một vật tĩnh điện. Các đường đẳng điện thế cắt vuông góc các đường sức điện trường. Chúng cũng phải song song với bề mặt của vật dẫn điện, nếu không điều này sẽ sinh ra một lực làm di chuyển các điện tích tới những vị trí không đều về điện thế.
Điện trường được định nghĩa một cách hình thức bằng lực tác dụng lên một đơn vị điện tích điểm, nhưng khái niệm điện thế đem lại cách định nghĩa điện trường tương đương và hữu ích hơn đó là: điện trường là gradien cục bộ của điện thế. Với đơn vị điện trường là vôn trên mét, hướng vectơ điện trường là hướng theo đường có độ dốc lớn nhất của điện thế, và nơi các đường đẳng thế nằm gần nhau nhất.[53]
Khám phá của Ørsted năm 1821 về từ trường tồn tại xung quanh mọi phía của một dây dẫn mang dòng điện cho thấy có một mối liên hệ trực tiếp giữa điện và từ. Hơn nữa, sự tương tác dường như khác so với lực hấp dẫn và lực tĩnh điện, hai lực được biết đến thời đó. Lực tác dụng lên kim la bàn không hướng vào hay ra xa dây dẫn điện, mà thay vào đó là tác dụng vuông góc với kim la bàn.[37] Ørsted đã hiểu sai khi cho rằng điện tác dụng theo chiều xoay tròn. Lực cũng phụ thuộc vào hướng của dòng điện, nếu dòng điện đảo chiều, thì lực tác dụng cũng đảo ngược chiều.[54]
Ørsted không hiểu đầy đủ khám phá của ông, nhưng ông đã quan sát thấy hiệu ứng một cách tương hỗ: dòng điện tác dụng lực lên nam châm, và từ trường cũng tác dụng lực lên dòng điện. Hiệu ứng được khảo sát kỹ hơn bởi Ampère, người khám phá ra rằng hai dây dẫn đặt song song và gần nhau cũng tác dụng lực lên lẫn nhau: nếu hai dây mang dòng điện cùng chiều nhau thì sẽ hút nhau, trong khi dòng điện chạy trong hai dây ngược chiều nhau thì hai dây sẽ đẩy nhau.[55] Tương tác được truyền bởi từ trường do mỗi dòng điện tạo ra và là cơ sở cho định nghĩa đơn vị đo Ampe.[55]
Động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý quan trọng của điện từ học: dòng điện chạy qua một từ trường sẽ chịu một lực tác dụng vuông góc với từ trường và dòng điện.Mối liên hệ giữa từ trường và dòng điện là cực kỳ quan trọng, nó dẫn Michael Faraday tới phát minh ra động cơ điện vào năm 1821. Động cơ một cực của Faraday gồm một nam châm vĩnh cửu đặt trong bình chứa thủy ngân. Một dòng điện chạy qua sợi dây có treo một thanh đứng nhúng vào thủy ngân. Nam châm đặt trong bình thủy ngân tác dụng một lực tiếp tuyến lên thanh đứng và sợi dây, làm cho nó quay tròn quanh nam châm cho tới khi còn duy trì dòng điện chạy qua sợi dây đó.[56]
Năm 1831 Faraday thực hiện thí nghiệm khi cho sợi dây di chuyển theo hướng vuông góc với từ trường thì hai điểm đầu và cuối của sợi dây sẽ xuất hiện một hiệu điện thế. Phân tích sâu hơn thí nghiệm này, mà ngày nay biết đến là hiện tượng cảm ứng điện, cho phép ông phát biểu thành định luật cảm ứng điện từ Faraday, rằng hiệu điện thế cảm ứng trong một mạch kín tỷ lệ với tốc độ thay đổi của từ thông đi qua mạch kín đó. Khám phá này cho phép ông là người đầu tiên phát minh ra máy phát điện vào năm 1831, theo đó nó biến đổi cơ năng từ một đĩa đồng quay thành điện năng.[56] Mặc dù đĩa Faraday có hiệu suất thấp và không được ứng dụng thực tế, nhưng nó chỉ ra khả năng phát điện bằng sử dụng nam châm, một khả năng được hiện thực hóa nhờ công trình của các nhà vật lý và kỹ thuật sau này.
Mạch điện là tập hợp các linh kiện điện tử kết nối với nhau cho phép điện tích chạy quanh một vòng kín (mạch), để thực hiện nhiều chức năng hữu ích khác nhau.
Có nhiều dạng linh kiện điện tử trong mạch điện, như điện trở, tụ điện, công tắc, máy biến áp và các linh kiện khác. Mạch điện tử chứa các linh kiện chủ động, thường là linh kiện bán dẫn, đặc biệt tính chất hoạt động của chúng thể hiện tính phi tuyến, đòi hỏi những phương pháp phân tích mạch phức tạp. Các linh kiện điện đơn giản nhất được gọi là linh kiện điện tử thụ động và tuyến tính: chúng có thể tạm thời tích trữ năng lượng nhưng không phải là nguồn điện, và thể hiện hoạt động và tính chất tuyến tính khi bị kích thích.[57]
Điện trở là linh kiện điện tử thụ động đơn giản nhất: như tên gọi của nó, nó cản trở dòng điện chạy qua, biến năng lượng điện thành nhiệt năng. Điện trở suất là hệ quả của điện tích chuyển động bên trong vật dẫn: ví dụ trong kim loại, điện trở là do sự va chạm giữa các electron và các ion. Định luật Ohm là định luật cơ bản trong lý thuyết mạch điện, phát biểu rằng dòng điện chạy qua một điện trở tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở. Điện trở suất của hầu hết các vật liệu ít thay đổi trong một phạm vi nhiệt độ và cường độ dòng điện; và những vật liệu tuân theo các tính chất này được gọi là 'ohmic'. Đơn vị của điện trở là ohm, đặt tên để vinh danh nhà vật lý Georg Ohm, và ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp Ω. 1 Ω là điện trở khi áp một hiệu điện thế bằng 1 vôn giữa hai đầu điện trở bằng dòng điện 1 ampe chạy qua.[57]
Tụ điện là linh kiện có nguồn gốc từ bình Leyden và nó có thể lưu được điện tích, do vậy tích trữ được năng lượng điện và tạo ra điện trường. Nó gồm hai bản cực với một lớp điện môi cách điện ở giữa; trong ứng dụng thực tế, các lá kim loại mỏng cuộn lại với nhau, làm tăng diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích và do đó làm tăng điện dung. Đơn vị của điện dung là farad, đặt tên theo Michael Faraday, và có ký hiệu là F: ở đây 1 farad là điện dung giữa hai bản cực kim loại tích điện 1 coulomb khi áp hiệu điện thế 1 vôn vào giữa hai bản. Tụ điện nối với nguồn hiệu điện thế ban đầu sẽ làm cho hai bản cực tích điện trái dấu; tuy vậy giá trị điện tích này theo thời gian sẽ giảm dần về 0. Vì thế tụ điện không duy trì một dòng điện 1 chiều ổn định, mày thay vào đó là ngăn chặn nó.[57]
Cuộn cảm là một vật dẫn điện, thường bằng dây dẫn điện với vài vòng quấn. Nó lưu trữ năng lượng trong từ trường khi có một dòng điện chạy qua. Khi dòng điện biến đổi, từ trường do nó sinh ra cũng biến đổi theo, sinh ra hiệu điện thế cảm ứng giữa hai đầu cuộn cảm. Hiệu điện thế này tỷ lệ với sự thay đổi theo thời gian của dòng điện. Hằng số tỷ lệ này gọi là độ tự cảm. Đơn vị của độ tự cảm là henry, đặt tên theo Joseph Henry nhà vật lý cùng thời với Faraday. 1 henry là độ tự cảm sẽ cảm ứng ra một hiệu điện thế 1 vôn nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm với tốc độ biến đổi bằng 1 ampe trên giây.[57] Sự hoạt động của cuộn cảm có thể coi là ngược với sự hoạt động của tụ điện: nó sẽ cho dòng điện 1 chiều tự do chạy qua, nhưng sẽ chống lại sự biến đổi nhanh chóng của dòng điện (dòng xoay chiều chẳng hạn).
Công suất điện là tốc độ mà năng lượng điện được truyền tải bởi một mạch điện. Đơn vị SI của công suất là watt, bằng 1 joule trên giây.
Công suất điện, giống như công suất cơ học, hay tốc độ sinh công với đơn vị đo là watt, được ký hiệu bằng chữ P. Công suất điện trong đơn vị watt tạo ra bởi 1 dòng điện I chứa điện tích Q trong thời gian t duy trì bởi hiệu điện thế V là
P = Q V t = I V {\displaystyle P={\frac {QV}{t}}=IV\,}với
Q là điện tích đo bằng coulombt là thời gian đo bằng giâyI là cường độ dòng điện đo bằng ampeV là hiệu điện thế đo bằng vônCông nghiệp sản xuất điện năng sử dụng các máy phát điện nhằm biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện, nhưng các máy phát điện có thể là các nguồn hóa học như pin hoặc những nguồn năng lượng dạng khác. Điện năng thường được bán theo số kilowatt giờ (3,6 MJ) chính bằng tích của công suất đo theo kilowatt nhân với thời gian tiêu thụ tính bằng giờ. Các hãng phân phối và bán điện thường dùng công tơ điện nhằm đo lượng năng lượng điện mà khách hàng của họ sử dụng.
Điện tử học nghiên cứu và ứng dụng mạch điện chứa các linh kiện điện chủ động như đèn điện tử chân không, tranzito, điốt bán dẫn và vi mạch, cũng như công nghệ kết hợp với các linh kiện bị động. Đặc tính phi tuyến của các linh kiện chủ động và khả năng kiểm soát dòng electron của chúng cho phép các linh kiện này khuếch đại được tín hiệu yếu và điện tử học được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý thông tin, viễn thông, và xử lý tín hiệu. Khả năng các thiết bị điện tử hoạt động như những công tắc switch dẫn đến sự ra đời của ngành công nghệ xử lý thông tin số. Công nghệ liên kết các linh kiện như các mạch in, công nghệ đóng gói..., và những hạ tầng viễn thông khác hoàn chỉnh tính năng của mạch và kết hợp các linh kiện với nhau thành một hệ thống làm việc theo chức năng của nó.
Điện tử học khác với khoa học điện công nghiệp và công nghệ cơ điện; mà nghiên cứu cách sản xuất điện, truyền tải và phân phối, biến đổi dòng điện, lưu trữ, và chuyển năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác sử dụng dây dẫn, động cơ điện, máy phát, pin, công tắc/ngắt mạch, rơ le, máy biến áp, điện trở, và các linh kiện bị động khác. Sự phân biệt này bắt đầu hình thành vào năm 1906 khi Lee De Forest phát minh ra triode, với khả năng khuếch đại tín hiệu vô tuyến yếu và tính hiệu âm thanh yếu mà không cần thiết bị cơ học nào hỗ trợ. Cho đến tận 1950 lĩnh vực này được gọi là "công nghệ vô tuyến" bởi vì các ứng dụng chính của nó là trong thiết kế và lý thuyết các máy truyền vô tuyến, máy thu vô tuyến, và đèn điện tử chân không.
Ngày nay, đa số các thiết bị điện tử sử dụng các linh kiện bán dẫn để điều khiển các electron. Khoa học nghiên cứu các thiết bị bán dẫn và công nghệ liên quan được xem là một nhánh của vật lý trạng thái rắn, trong khi lĩnh vực thiết kế và chế tạo các mạch điện tử nhằm giải quyết các vấn đề thực tế được nghiên cứu trong kĩ thuật điện tử.
Các nghiên cứu của Faraday và Ampère chứng minh rằng từ trường biến đổi theo thời gian hoạt động như là nguồn của điện trường, và điện trường biến đổi theo thời gian trở thành nguồn của từ trường. Do vậy khi một trong hai trường này biến đổi thì trường kia sẽ xuất hiện một cách cảm ứng.[58] Hiện tượng này hình thành lên dạng sóng gọi là sóng điện từ. Sóng điện từ được James Clerk Maxwell phân tích về mặt lý thuyết vào năm 1864. Maxwell phát triển một hệ phương trình cho phép miêu tả mối quan hệ qua lại giữa điện trường, từ trường, điện tích và dòng điện. Ông thậm chí còn chứng minh được sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng, và do đó ánh sáng cũng là một dạng sóng điện từ. Lý thuyết Maxwell, trong đó thống nhất ánh sáng, các trường, và điện tích là một trong những thành tựu lớn của vật lý lý thuyết.[58]
Cũng với các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học khác dẫn đến việc sử dụng các thiết bị điện tử nhằm biến đổi tín hiệu thành dòng điện dao động với tần số cao, và thông qua các ăng ten thu và phát, điện cho phép truyền và nhận các tín hiệu vô tuyến trên khoảng cách toàn cầu và liên hành tinh.
Thực đơn
ĐiệnLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Điện