Một dòng điện chỉ có thể duy trì qua vật dẫn khi tồn tại một sự chênh
Một dòng điện chỉ có thể duy trì qua vật dẫn khi tồn tại một sự chênh lệch điện thế (hiệu điện thế) giữa hai điểm của vật dẫn đó. Hiện tượng các loài chim đậu trên dây dẫn trần của mạng lưới điện cao thế mà không bị điện giật là một ví dụ điển hình về sự chênh lệch điện thế cực nhỏ. Khi chim đậu trên dây, cả hai chân của nó tiếp xúc với cùng một dây dẫn ở khoảng cách rất gần (thường chỉ vài centimet). Vì điện trở của đoạn dây kim loại giữa hai điểm tiếp xúc ($R_{dây}$) là cực kỳ thấp, hiệu điện thế giữa hai chân chim hầu như bằng không.
Về mặt mô hình hóa mạch điện, thân mình con chim với điện trở $R_{chim}$ và đoạn dây dẫn $R_{dây}$ được coi là hai nhánh của một mạch điện mắc song song. Theo các định luật về mạch điện, cường độ dòng điện chạy qua thân chim được xác định bởi biểu thức:
$I_{chim} = I_{tông} \times \dfrac{R_{dây}}{R_{dây} + R_{chim}}$
Trong điều kiện vận hành bình thường, do $R_{dây} \ll R_{chim}$, hầu hết dòng điện $I_{tông}$ sẽ tập trung đi qua dây dẫn và chỉ một lượng cực nhỏ đi qua cơ thể chim, không đủ để gây kích ứng sinh lý.
Tuy nhiên, an toàn điện trên lưới cao áp còn phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ và khoảng cách cách điện. Điện trở suất của dây dẫn (thường là loại nhôm lõi thép ACSR) biến thiên theo nhiệt độ theo hàm số $R = R_{0}\lbrack 1 + \alpha(T - T_{0})\rbrack$. Ngoài ra, không khí xung quanh dây dẫn đóng vai trò là một chất điện môi với ngưỡng đánh thủng khoảng $30\text{kV/cm}$. Nguy hiểm chết người sẽ xảy ra nếu sinh vật tạo thành một "cầu nối" giữa dây pha với một vật có điện thế khác (như cột điện nối đất hoặc một dây pha khác), tạo ra hiệu điện thế hàng chục đến hàng trăm nghìn Volts.
Một kỹ sư đo đạc thông số thực tế trên đoạn đường dây $220\text{kV}$ đang vận hành với:
Dòng điện chạy trên dây: $I_{tông} = 1000\text{A}$
Điện trở của dây dẫn: $0,02\mspace{6mu}\Omega/\text{km}$
Khoảng cách giữa hai chân chim: $L = 5\text{cm}$
Điện trở thân mình chim: $R_{chim} = 10.000\mspace{6mu}\Omega$
Cường độ điện trường đánh thủng không khí: $30\text{kV/cm}$
Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5 dưới đây:
Dựa vào bài đọc, tại sao một con khỉ khi chạm tay vào dây điện và chân chạm vào cột điện lại gặp nguy hiểm chết người?
Đáp án đúng là: B
Sử dụng nguyên lý về hiệu điện thế và điều kiện để có dòng điện chạy qua vật dẫn: Dòng điện chỉ phát sinh khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai điểm tiếp xúc trên cơ thể.
Đáp án cần chọn là: B
Trong mô hình mạch song song, nếu khoảng cách giữa hai chân chim ($L$) tăng gấp đôi thì cường độ dòng điện $I_{chim}$ thay đổi như thế nào (giả sử các yếu tố khác không đổi)?
Đáp án đúng là: C
Sử dụng công thức tính điện trở dây dẫn $R = \rho\dfrac{L}{S}$ và công thức chia dòng trong mạch song song: $I_{chim} = I_{tông} \times \dfrac{R_{dây}}{R_{dây} + R_{chim}}$.
Đáp án cần chọn là: C
Xét tính đúng sai của các phát biểu sau:
| Đúng | Sai | |
|---|---|---|
| a) Hiệu điện thế giữa hai chân con chim trong điều kiện vận hành nêu trên là $1\text{mV}$. | ||
| b) Nếu nhiệt độ dây dẫn tăng lên, dòng điện chạy qua thân chim sẽ giảm đi do điện trở của dây dẫn tăng. | ||
| c) Nếu con chim xòe cánh khiến khoảng cách giữa cánh và cột điện chỉ còn $5\text{cm}$, hiện tượng phóng điện hồ quang sẽ xảy ra. | ||
| d) Chim đậu bằng một chân sẽ an toàn hơn đậu bằng hai chân vì không tạo ra hiệu điện thế giữa các điểm tiếp xúc trên cơ thể. |
Đáp án đúng là: Đ; S; Đ; Đ
Sử dụng định luật Ohm ($U = I.R$) để xác định hiệu điện thế trên đoạn dây dẫn. Chú ý đổi đơn vị từ $\text{km}$ sang $\text{cm}$.
Sử dụng hàm số $R(T) = R_{0}\lbrack 1 + \alpha(T - T_{0})\rbrack$ để biện luận mối liên hệ giữa nhiệt độ, điện trở dây và dòng điện qua chim.
So sánh cường độ điện trường thực tế ($E = U/d$) với ngưỡng đánh thủng của không khí ($30\text{kV/cm}$).
Phân tích điều kiện hình thành dòng điện (cần có hiệu điện thế giữa hai điểm tiếp xúc trên cơ thể).
Đáp án cần chọn là: Đ; S; Đ; Đ
Hãy ghép các tình huống thực tế với nguyên lý vật lí tương ứng để giải thích sự an toàn điện:
Đáp án đúng là: 1-c; 2-a; 3-b; 4-d
Nếu không có sự chênh lệch điện thế giữa các điểm tiếp xúc, dòng điện sẽ không có động lực để chạy qua cơ thể (Định luật Ohm: $I = \Delta V/R$).
Xác định tác nhân gây nguy hiểm: Dòng điện chạy qua cơ thể chỉ xuất hiện khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: có chênh lệch điện thế ($\Delta V \neq 0$) và có môi trường dẫn điện (mạch kín).
Đối với khoảng cách không khí: Cường độ điện trường $E = \frac{V}{d}$ phải nhỏ hơn ngưỡng đánh thủng ($E<{{E}_{th\hat{o}ng\_s\hat{o}}}$). Đối với tiếp xúc trực tiếp: Hiệu điện thế $U$ phải nhỏ hơn ngưỡng kích ứng sinh lý.
Đáp án cần chọn là: 1-c; 2-a; 3-b; 4-d
Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua thân mình con chim ($I_{chim}$) theo đơn vị miliampe (mA). (Lưu ý: Làm tròn kết quả đến 4 chữ số thập phân)
Đáp án đúng là: 0,0001
Tính điện trở đoạn dây giữa hai chân chim (${{R}_{d\hat{a}y}}$).
Tính hiệu điện thế giữa hai chân chim ($U$).
Tính dòng điện qua thân chim theo định luật Ohm: $I_{chim} = \frac{U}{R_{chim}}$.
Đáp án cần điền là: 0,0001
Quảng cáo
Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí
>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+ TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM, 70+ ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, luyện thi theo 3 giai đoạn: Nền tảng lớp 12, Luyện thi chuyên sâu, Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Hỗ trợ - Hướng dẫn
-
024.7300.7989
-
1800.6947
(Thời gian hỗ trợ từ 7h đến 22h)
Email: lienhe@tuyensinh247.com
