Nhờ giải thích sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp xoay chiều khi qua cuộn cảm và tụ điện?

Trích từ http://www.tpub.com/neets/book2/4b.htm
"Since the plates of the capacitor are changing polarity at the same rate as the ac voltage, the capacitor seems to pass an alternating current. Actually, the electrons do not pass through the dielectric, but their rushing back and forth from plate to plate causes a current flow in the circuit. It is convenient, however, to say that the alternating current flows "through" the capacitor. You know this is not true, but the expression avoids a lot of trouble when speaking of current flow in a circuit containing a capacitor"
Thực ra mình dùng từ dòng điện đi qua tụ điện ở đây hơi không chính xác, đúng ra không phải là "through the capacitor" mà the electrons rushing back and forth from plate to plate causes a current flow in the circuit, các electron chạy tới chạy lui giữa 2 bản cực tạo thành dòng điện trong mạch, It is convenient!

Theo tôi, người viết bài đó dùng chữ không chính xác (tuy không hẳn là sai) cho lắm nên làm nhiều người hiểu lầm. Khi họ nói dòng di chuyển từ "plate to plate", nhiều người tưởng là electron chạy qua dielectric hoặc khoảng cách trống ngắn giữa 2 bảng tụ, điều này hoàn toàn sai.
Thật ra, khi có điện áp, electron từ 1 bảng tụ được kéo về nguồn cộng, và vì thế bảng này sẽ có "net positive charge". Ở bên kia, nguồn trừ sẽ đẩy electron về phía bảng khiến bảng này mang âm tính. Sự di chuyển electron như thế này tạo ra dòng.
Trong điện AC, cộng hoặc trừ của nguồn thay đổi mỗ nử chu kỳ.

Thật ra do tôi trích đoạn nên chúng ta không đọc những ghi chú phía trên của tác giả, tôi xin gởi file của tài liệu này, tác giả nhấn mạnh là không có dòng "through the capacitor" mà chỉ có dòng chạy từ bảng cực này sang bản cực khác trong mạch mà thôi.
"In studying the charging process of a capacitor, you must be aware that NO current flows THROUGH the capacitor. The material between the plates of the capacitor must be an insulator. However, to an observer stationed at the source or along one of the circuit conductors, the action has all the appearances of a true flow of current, even though the insulating material between the plates of the capacitor prevents the current from having a complete path. The current which appears to flow through a capacitor is called DISPLACEMENT CURRENT."
link: http://www.mediafire.com/?myznfnj3nff
TB: tài liệu này nằm trong bộ "Navy Electricity and Electronics Training Series"

Nói: "Dòng điện đi xuyên qua 2 bản cực của tụ điện" theo tôi là hoàn toàn đúng. Tôi sẽ giải thích sau đây:
1. Lúc mới bắt đầu học về điện chúng ta được học dòng điện chạy từ (+) sang (-)
2. Học thêm 1 chút nữa thì lại bảo là bản chất của dòng điện là dòng chuyển động của các e từ cực (-) sang cực (+). Thế là mọi người lại bảo điều 1 là sai (thực ra điều 1 vẫn đúng, hãy xem tiếp).
3. Khi xét dòng điện chạy trong bình điện phân thì sao? Trong bình điện phân tồn tại cả 2 dòng điện tích. Điện tích + chạy từ + sang -, điện tích - chạy từ - sang +. Như vậy bản chất của dòng điện thay đổi theo từng môi trường mà nó chạy qua. Điều 1 đâu hề sai nếu xét trong bình điện phân.
4. Trở lại vụ tụ điện. Chúng ta ai cũng biết rằng dòng điện chỉ sinh ra khi mạch khép kín. Vậy trong mạch có tụ điện tại sao dòng điện (kể cả điện 1 chiều trong thời gian nạp và xả tụ) vẫn sinh ra được mặc dù ai cũng thấy là mạch đang hở. Do đó thực sự có dòng điện đi xuyên qua 2 bản cực của tụ điện để khép kín mạch dòng. Dòng điện ở đây không phải là dòng e bình thường như trong dây dẫn mà nó ở 1 dạng khác như điện trường, các vi hạt x, y, z nào đó mà chúng ta chưa biết rõ.
5. Qua bài viết này mong rằng Quí vị và các bạn thay đổi 1 chút cách nghĩ về dòng điện. Dòng điện có thể thể hiện ở các dạng khác nhau như dòng e, dòng điện tích, dòng lỗ trống (trong bán dẫn), điện trường, từ trường, sóng điện từ .... và nhiều dạng khác nữa (sẽ phát hiện trong tương lai) tùy theo môi trường mà nó đi qua.

Theo định nghĩa thì dòng điện là dòng chuyển động của điện tử e hay lỗ trống. Nếu bạn nói có một dòng điện chạy xuyên qua 2 bản cực thì đây là một tụ hỏng rồi. Khi tụ được nạp, đúng là ở giữa 2 bản cực có điện trường nhưng theo lý thuyết sẽ không có điện tử chạy qua. Thực tế thì có dòng rất nhỏ không đáng kể vì có một số ít điện tử e tự do xuất hiện ở bề mặt của bản cực. Nếu bề mặt của bản cực được nung nóng, kích thích tạo ra nhiều điện tử e tự do và dưới tác động của điện trường các điện tử sẽ bị hút về một bản dương tạo dòng điện. Mà đây là dòng điện mà người ta muốn giảm tối thiểu khi sản xuất. Tụ có dòng này càng thấp, càng đắt tiền.
Do đó trong điều kiện bình thường tụ tốt thì sẽ không có dòng điện đi xuyên qua 2 bản cực. Tôi cũng đồng ý với các bạn trước là dòng nạp xả trong mạch tụ là do quá trình kết tụ và giải tỏa các điện tích tạo nên.
txnghia

Trước thế kỷ 17, người ta nghĩ điện đi từ + sang - , tuy nhiên , sau đó họ tìm ra lý thuyết của nguyên tử, họ mới biết là electron đi từ - sang +. Hướng nào cũng đựơc miễn sao mọi người cùng đồng ý với nhau.
Để trả lời tại sao mạch của tụ vẫn có thể có dòng mà electron không cần phải đi xuyên qua tụ, tôi có thể đưa thí dụ sau:
Giả sử bạn nối 1 cục pin vào 1 bóng đèn nhỏ bằng 2 sợi dây điện, bạn sẽ thấy bóng đèn sáng lên. Trong trường hợp này, dòng sẽ đi từ +, xuyên qua bóng đèn rồi về cực -.
Bạn bỏ bóng đèn ra và dùng volmeter để đo voltage ở 2 đầu dây, bạn sẽ thấy voltage ở cuối 2 đầu dây bằng với voltage giữa 2 cực của cục pin đúng không?
Bây giờ bạn thay bóng đèn bằng 2 cái bảng tụ, việc đầu tiên là 2 bảng tụ này sẽ cố gắng để có voltage bằng với voltage ở nguồn, và muốn được như vậy, charge + và - phải được kéo và đẩy từ 2 cực của cục pin, việc này sẽ tiếp tục xẩy ra cho đến khi voltage giữa bảng tụ va pin bằng nhau thì electron sẽ không di chuyển nữa. Sự di chuyển của electron tạo ra dòng di chuyển trong mạch diện, nhưng electron chỉ di chuyển từ bảng về nguồn hoặc ngược lại mà thôi.
Ở điện AC, dòng và điện áp thay đổi liên tục theo hình Sin. Khi voltage đi ngang qua 0 là lúc "rate of change " cao nhất, vì thế dòng lúc này cũng cao nhất nên chúng cách nhau 90 độ (1/4 chu kỳ). Khi voltage càng tăng, rate of chage giảm, vì thế dòng cũng giảm theo nhưng vẫn giữ khoảng cách 90 độ.

Theo ý của đoạn trên, thực ra vẫn có một loại dòng điện chạy qua tụ điện, dòng đó được gọi là DISPLACEMENT CURRENT, tài liệu tiếng việt gọi là DÒNG ĐIỆN DỊCH (sách vật lý đại cương tập 2 trang 227 dòng 25, luận điểm thứ hai của Macxoen về lý thuyết trường điện từ)

1. Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên
Trong hiện tượng cảm ứng điện từ đo Farađây phát minh, khi qua một khung dây khép kín có một từ thông biến đổi theo thời gian, nó gây ra dòng điện cảm ứng trong khung dây.
Bằng phương pháp toán học, Macxoen đã nâng phát minh của Farađây lên một mức khái quát cao hơn. Ông tìm ra rằng khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy tức là một điện trường mà các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ.
Nhưng theo Macxoen điện trường cảm ứng tự nó tồn tại trong không gian, mà không cần có dây dẫn. Khung dây dẫn khép kín đặt trong không gian chỉ là một phương tiện giúp ta phát hiện dòng điện, và do đó phát hiện điện trường xoáy đã xuất hiện trong không gian kể cả khi không có khung dây.
Tiến lên một bước nữa, Macxoen đề ra câu hỏi: nếu từ trường biến thiên sinh ra điện trường thì có quá trình ngược lại không nghĩa là điện trường biến thiên có sinh ra từ trường không? Dựa trên tính toán lí thuyết, ông cho rằng có quá trình như vậy: khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy mà các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện trường.
Giả thuyết trên của Macxoen đã được thực nghiệm khẳng định là đúng. Khi một tụ điện được tích điện qua một dây dẫn, hoặc phóng điện qua một dây dẫn, giữa hai bản của tụ điện có một điện trường biến thiên. Điện trường biến thiên đó sinh ra một từ trường xoáy hệt như có một dòng điện bằng dòng điện trong dây dẫn chạy qua tụ điện. Sự biến thiên của điện trường giữa các bản của tụ điện (nơi không có dây dẫn), tương đương với một dòng điện trong dây dẫn. Nó được gọi là dòng điện dịch, và dòng điện trong dây dẫn được gọi là dòng điện dẫn. Với khái niệm dòng điện dịch, ta có thể nói rằng dòng điện trong mạch dao động mô tả ở bài trước là một dòng điện khép kín, gồm có dòng điện dẫn chạy trong dây dẫn và dòng điện dịch chạy qua tụ điện.
2. Điện từ trường
Phát minh của Macxoen dẫn đến kết luận là không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau. Điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên, và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên.
Một nam châm vĩnh cửu đặt trên bàn tạo ra quanh nó một từ trường. Nhưng một người quan sát chuyển động với vận tốc bất kìvà mang theo một khung dây dẫn khép kín sẽ quan sát được dòng điện trong khung dây, tức là quan sát được điện trường cùng tồn tại với từ trường. Cũng như vậy, một người quan sát chuyển động sẽ quan sát được từ trường cùng tồn tại với điện trường của một điện tích đứng yên trên bàn, vì đối với người quan sát này điện tích là chuyển động và có tác dụng như một dòng điện.
Như vậy điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường. Trong một số trường hợp đặc biệt, thí dụ, khi người quan sát đứng yên so với điện tích hoặc so với nam châm vĩnh cửu, người đó chỉ quan sát thấy điện trường hoặc từ trường. Ngay cả trong trường hợp đó, điện từ trường vẫn là một dạng vật chất tồn tại khách quan trong thực tế, mặc dù con người chỉ quan sát thấy một bộ phận của nó.
3. Sự lan truyền tương tác điện từ
Giả sử tại một điểm 0 trong không gian có một điện trường biến thiên không tắt dần. Nó sinh ra ở các điểm lân cận nó một từ trường xoáy . Nếu Đức biến thiên không đều, nghĩa là tốc độ biến thiên của nó thay đổi (thí dụ, khi dao động điều hoà), thì cũng biến thiên. Do đó, từ trường biến thiên lại gây ra ở các điểm lân cận nó một điện trường biến thiên . Quá trình đó cứ tiếp tục lặp đi lặp lại, điện trường sinh ra từ trường rồi từ trường lại sinh ra điện trường,?Điện từ trường lan truyền trong không gian, Càng ngày càng xa điểm 0, và phải sau một khoảng thời gian nào đó nó mới lan truyền tới một điểm A ở cách xa 0.
Như vậy tương tác điện từ thực hiện thông qua điện từ trường phải tốn một thời gian nào đó để truyền được từ 0 đến A.
http://www.onthi.com/ly-thuyet/dien-tu-truong_210.html

Điều này thì chắc là nhiều người biết rồi. Tôi muốn mở rộng khái niệm dòng điện ra là trong những môi trường khác nhau dòng điện thể hiện dưới các dạng khác nhau. Bạn dienabc đã giải thích rất rõ điều đó bằng lý thuyết trường điện từ của Maxwell . Tuy nhiên trường điện từ chỉ là lý thuyết dùng để hợp lý hóa các mâu thuẫn mà lý thuyết cổ điển không giải thích được. Còn về bản chất của trường điện từ là gì, tại sao trường điện từ truyền được năng lượng ( ngay cả trong môi trường chân không)? ... thì người ta chưa hiểu được, do đó tôi tạm gọi nó là hạt x,y,z nào đó sẽ tìm ra trong tương lai.
Trở lại khái niệm dòng điện là dòng các e và lỗ trống thì bạn có thể giải thích cho tôi mấy vấn đề sau không?
1. Trong bình điện phân dung dịch NaOH thì Na+ đi về cực - còn OH- đi về cực +. Không có điện tử và lỗ trống, vậy không có dòng điện?
2. Tại sao tụ điện cũng hở mạch mà lại có dòng trong mạch, còn khóa K cũng hở mạch mà lại không có dòng.

Mình xin trả lời câu thứ 1: trong định nghĩa dòng điện thì: dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện (mình sẽ tìm sách để trích dẫn sau) chứ trong định nghĩa dòng điện người ta không nói cụ thể đó là điện tử hoặc lỗ trống, Na+ và OH- là các ion mang điện nên việc nó chuyển dời có hướng tạo thành dòng điện thì hoàn toàn đúng với lý thuyết. Tùy theo môi trường dòng điện đi qua mà bản chất dòng điện là hạt gì, ví dụ khi đi qua kim loại thì bản chất dòng điện là sự chuyển dời có hướng của các electron tự do, đi qua dung dịch điện phân thì đó là các ion mang điện...
Còn câu 2 thì mình nghĩ là bạn đã biết nguyên nhân tại sao rồi!