Định nghĩa hiệu điện thế là gì chúng ta đã được học cơ bản ở lớp 7 và củng cố, nâng cao hơn ở lớp 11. Tuy nhiên, chương trình vật lý lớp 11 đề cập sâu và phạm vi rộng hơn so với lớp 7. Bài viết dưới đây chúng tôi sẽ tổng hợp đầy đủ các kiến thức về Hiệu điện thế và giúp các bạn phân biệt hiệu điện thế với cường độ dòng điện cho những ai còn hay nhầm lẫn hai khái niệm này nhé.
Hiệu điện thế là gì?
Các khái niệm liên quan:
Điện trường là gì?
Điện trường là môi trường xung quanh điện tích, gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng một lực lên các điện tích khác đặt trong nó. Nơi đâu có điện tích thì xung quanh đó có điện trường.
Điện thế là gì?
Điện thế tại điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt nó ở điện tích q bất kỳ; được xác định bằng thương của công lực điện tác dụng lên điện tích q khi di chuyển từ điểm M ra xa vô cực và độ lớn của P.
Hiệu điện thế là gì?
Theo chương trình vật lý lớp 7, hiệu điện thế được định nghĩa đơn giản là phần được sinh ra giữa hai cực của nguồn điện. Hay chính là công để những hạt mang điện tích di chuyển giữa 2 cực (dương và âm) trong nguồn điện.
Định nghĩa hiệu điện thế lớp 11 giải thích phức tạp hơn. Hiệu điện thế là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công thực hiện để dịch chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia.
Thực tế, hai khái niệm này đều có chung bản chất, đề cập đến sự chênh lệch điện thế giữa hai 2 cực của một dòng điện. Chúng biểu thị cho khả năng thực hiện công di chuyển của một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia.
Kí hiệu, đơn vị đo hiệu điện thế
Kí hiệu của hiệu điện thế
Hiệu điện thế có kí hiệu là U
Đơn vị đo hiệu điện thế
Đơn vị đo hiệu điện thế là Vôn và kí hiệu là V.
Ngoài sử dụng vôn người ta còn dùng 1 số đại lượng như milivon (mV) hay kilôvôn (kV) để đo hiệu điện thế.
Cách quy đổi giữa V với các đại lượng khác: 1kV= 1000V, 1mV=0.001V, …
Công thức tính hiệu điện thế
Công thức tính hiệu điện thế 1 (cơ bản)
Công thức tính cơ bản của hiệu điện thế là: U = I.R
Trong đó:
- I: Cường độ dòng điện (A)
- R: Điện trở của vật dẫn điện ()
- U: Hiệu điện thế (V)
Ví dụ: Một e di chuyển một đoạn 0,6cm từ điểm M đến điểm N dọc theo đường sức điện của 1 điện trường đều thì lực điện sinh công 9,6.10-18J
a.Tính cường độ điện trường
b.Tính công mà lực điện sinh ra khi e di chuyển tiếp 0,4cm từ điểm N tới P theo phương và chiều nói trên?
c.Tính hiệu điện thế UNP
Bài giải:
Đổi 0,6 cm = 0,006 m
a, E= 9,6. 10-18 /(0,006. 1,602. 10-19)= 104 (V/m)
b, 0,4 cm = 0,004 m
Ap= E.q.dp = 104. 1,602. 10-19. 0,004= 6,4 . 10-18 J
Công thức tính hiệu điện thế 2
Hiệu điện thế giữa 2 điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện khi điện tích di chuyển từ M đến N. Được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M, N và độ lớn của q.
UMN = VM – VN = AMN /q
Lưu ý:
- Điện thế và hiệu điện thế là đại lượng vô hướng mang giá trị dương hoặc âm.
- Hiệu điện thế giữa 2 điểm M và N trong điện trường có giá trị xác định, còn với điện thế tại 1 điểm nằm trong điện trường phụ thuộc vào vị trí mà người dùng chọn làm gốc điện thế.
- Trong điện trường, vectơ có cường độ điện trường mang hướng từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
Dụng cụ đo hiệu điện thế là gì?
Cách đo hiệu điện thế vô cùng đơn giản, trước khi đo bạn cần xác định đơn vị đo và chia độ nhỏ nhất của vôn kế. Sau đó, bạn mắc vôn kế song song với 2 cực nguồn điện, cực dương (+) sẽ mắc với cực dương của nguồn điện và thực hiện tương tự với cực (-). Số vôn hiển thị trên màn hình chính là giá trị hiệu điện thế giữa 2 đầu cực của nguồn điện khi chưa mắc vào mạch.
Đối với vôn kế sử dụng kim, trước khi đo cần phải quan sát vị trí của kim và chỉnh kim về số 0 trước khi đo để cho kết quả chính xác nhất.
Có nhiều loại Vôn kế khác nhau trên thị trường và dưới đây là các loại Vôn kế được sử dụng phổ biến nhất:
Các loại vôn kế phổ biến trên thị trường hiện nay
- Vôn kế sắt
- Vôn kế tĩnh điện
- Vôn kế chỉnh lưu
- Vôn kế cảm ứng
- Vôn kế nam châm vĩnh cửu
- Vôn kế kỹ thuật số
Phân biệt hiệu điện thế và cường độ dòng điện
- Hiệu điện thế xác định sự khác biệt dòng điện ở 2 điểm.
- Cường độ dòng điện xác định tốc độ của dòng điện khi di chuyển từ điểm này đến điểm kia.
Một ví dụ điển hình và dễ hiểu nhất để mô tả sự khác biệt giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện là ví dụ về thác nước
Với hình thác nước ở trên chúng ta giả sử:
- Dòng điện là lượng nước có trong thác
- Hiệu điện thế chính là áp lực của dòng nước đè xuống thác
Bạn hãy tưởng tượng, thác nước ở trên là nơi chúng ta chứa dòng điện (ví dụ như pin). Lúc thác nước đầy (hay cục pin mới mua) thì áp lực nước trong thác sẽ lớn, khi ta để nước trong thác chảy ra qua cái lỗ ở dưới (tức đang sử dụng cục pin mới mua), lúc này lượng nước tại vị trí trung tâm thác sẽ lớn hơn lượng nước ở dưới cái lỗ (hay lượng điện tại cục pin sẽ lớn hơn lượng điện tại vị trí bóng đèn). Sau một thời gian sử dụng, lượng nước trong thác sẽ cạn kiệt, lúc này lực ép của nước giảm xuống, tức là hiệu điện thế giảm dần, đến lúc hiệu điện thế giữa hai điểm bằng nhau thì không còn dòng điện nữa (hay còn gọi là hết pin).
Cường độ dòng điện chỉ khác với vận tốc ở chỗ là vận tốc tính quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian còn cường độ dòng điện tính số lượng điện tích đi được trong một đơn vị thời gian.
Hình dung có hai thác nước với thể tích nước (hay lượng năng lượng điện) là bằng nhau. Nhưng nếu một thác nước thay ống xả to hơn thác còn lại, thì chắc chắn thác nước có ống xả to hơn sẽ nhanh hết nước trước vì trong cùng một đơn vị thời gian lượng nước chảy qua ống xả này nhanh hơn.
Chú ý: Nhưng nếu nước cạn thì có còn gì để chảy nữa không? Khi không còn gì để chảy nữa thì có thể tính được cường độ dòng điện hay không? Đương nhiên là không rồi.
Do đó, cường độ dòng điện phụ thuộc vào hiệu điện thế.
Chắc chắn sau khi đọc đến đây bạn đã có thể hiểu được định nghĩa hiệu điện thế, biết kí hiệu và đơn vị đo hiệu điện thế, công thức tính hiệu điện thế để có thể áp dụng trong thực tế nhanh chóng. Mong rằng các bạn thấy bài viết này bổ ích.
