Dây thắt nhỏ: dòng không tăng nhưng tốc độ trôi tăng

Vật lý 11 · Ôn tập kiến thức THPT

Trong một dây nối tiếp ở trạng thái ổn định, dòng qua phần to và phần nhỏ có cùng cường độ. Tiết diện nhỏ hơn làm tốc độ trôi lớn hơn nếu mật độ hạt tải không đổi. Không thể cho dòng tự tăng tại chỗ thắt mà không có tích lũy điện tích.

Dùng I = nqSv_d, với v_d là độ lớn tốc độ trôi; n là số hạt tải trong một mét khối, q là độ lớn điện tích mỗi hạt. Chiều trôi electron ngược chiều dòng quy ước.

Dây có hai đoạn cùng vật liệu, n = 8,0×10²⁸ m⁻³, q = 1,602176634×10⁻¹⁹ C. Tiết diện lần lượt S₁ = 1,0 mm² và S₂ = 0,25 mm²; dòng ổn định I = 1 A.

Đổi diện tích về m²: S₁ = 10⁻⁶ m², S₂ = 2,5×10⁻⁷ m². Tính được:

v_d1 ≈ 7,802×10⁻⁵ m/s, v_d2 ≈ 3,121×10⁻⁴ m/s.

Tỉ số v_d2/v_d1 = S₁/S₂ = 4. Kiểm tra lại I = nqS₂v_d2 cho đúng 1 A, không phải 4 A.

Nếu hai đoạn còn có cùng chiều dài, cùng điện trở suất và nhiệt độ, R₂ = 4R₁. Với cùng I, công suất nhiệt ở đoạn nhỏ gấp bốn, theo P = I²R. Đây là lý do cần xét tiết diện chứ không chỉ cường độ toàn mạch; không phải hướng dẫn chọn dây thực tế theo một con số đơn lẻ.

Tự luyện: Giữ I, n và q, giảm tiết diện xuống một nửa thì tốc độ trôi gấp đôi. Không suy tốc độ truyền tín hiệu điện cũng gấp đôi: tốc độ trôi và sự lan truyền tác động điện là hai khái niệm khác nhau.

Đọc tiếp: Mô hình dòng điện · Điện trở theo hình dạng · Ohm và điều kiện.