Điện thế - Hiệu điện thế

1. Điện thế 

a) Khái niệm điện thế.

Trong công thức tính thế năng của một điện tích q tại một điểm M trong điện trường WM = VMq thì hệ số VM không phụ thuộc q, mà chỉ phụ thuộc điện trường tại M. Nó đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q. Ta gọi nó là điện thế tại M :

b) Định nghĩa

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng sinh công khi đặt nó tại một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q :

c) Đơn vị  điện thế.

Đơn vị điện thế là Vôn, kí hiệu là V.

Trong công thức (5.1), nếu q = 1 C, AM∞  = 1 J thì VM­ = 1 V.        

d) Đặc điểm của điện thế.

- Điện thế là đại lượng số. Trong công thức 

 vì q  > 0 nên nếu AM∞  >0 thì VM­ > 0. Nếu AM∞ < 0 thì VM < 0.

- Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường lấy bằng 0. (Vđất = 0).

- Điện thế tại điểm M gây bởi điện tích q: 

- Điện thế tại một điểm do nhiều điện tích gây ra: V=V1+V2+...+VM

2. Hiệu điện thế

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa VM­ và VN. (Hình 5.1)

UMN = VM – VN.              (5.2)

b) Định nghĩa 

Từ công thức (5.2) ta suy ra :

Mặt khác ta có thể viết AM∞ =AMN + AN∞ 

Kết quả thu được 

Vậy hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M và N và độ lớn của q.

Đơn vị hiệu điện thế cũng là Vôn (V).

Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà nếu di chuyển điện tích q = 1 C từ điểm nọ đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J.

c) Đo hiệu điện thế

Bạn có thể sử dụng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ

dụng cụ vôn kế cơ và vôn kế điện tử dùng để đo hiệu điện thế.​

Khi đo điện áp giữa hai điểm MN vôn kế chỉ 5V => UMN=5V có nghĩa là Điện thế tại điểm M lớn hơn điện thế tại điểm N là 5V ( VM – VN=5V) khi đó dòng các điện tích dương sẽ dịch chuyển từ điểm M về điểm N

Khi đo điện áp giữa hai điểm MN vô kế chỉ -5V => UMN=-5V có nghĩa là Điện thế tại điểm M nhỏ hơn điện thế tại điểm N là 5V (VM – VN=-5V) khi đó dòng các điện tích dương sẽ dịch chuyển từ điểm N về điểm M
=>ta luôn có: UMN = – UNM

d/ Công thức liên hệ giữa điện áp (hiệu Điện thế) và cường độ điện trường xét điện trường đều giữa hai bản kim loại đặt song song tích điện trái dấu đặt cách nhau một khoảng là d khi đó ta có công thức liên hệ giữa điện áp (hiệu Điện thế) và cường độ điện trường
 

U=Aq=qEdq=EdU=Aq=qEdq=Ed​

Trong đó:

• U: điện áp (hiệu Điện thế) giữa hai bản kim loại (V)
• E: cường độ điện trường (V/m)
• d: khoảng cách giữa hai bản kim loại (m)

3.Hiệu điện thế được sinh ra được sinh ra như thế nào?

Hiệu điện thế được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, mỗi nguồn sẽ cho ra những hiệu điện thế nhất định. Các nguồn sinh ra hiệu điện thế gồm:

• Trường tĩnh điện.
• Dòng điện chạy qua từ trường.
• Trường từ thay đổi theo thời gian.

4. Mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện 

• Cường độ dòng điện được tạo ra bởi những điện áp nhất định, có nghĩa là điện áp có thể tạo nên cường độ dòng điện.
• Trong một điện trường thì nhất định phải có điện áp và không cần thiết phải có cường độ dòng điện khi đã có điện áp.
• Như vậy, hiệu điện thế và cường độ dòng điện có mối tương quan mật thiết với nhau để tạo nên dòng điện sử dụng cho mục đích hằng ngày của con người.

5.Sự khác nhau và cách phân biệt hiệu điện thế với cường độ dòng điện

Sự khác nhau giữa hiệu điện thế với cường độ dòng điện

Hiệu điện thế và cường độ dòng điện đều được dùng để mô tả cách các dòng electron hoạt động. Tuy nhiên, chúng vẫn có những điểm khác nhau, cơ bản như sau:

• Hiệu điện thế xác định sự khác biệt dòng điện ở hai điểm.
• Cường độ dòng điện xác định tốc độ của dòng điện khi di chuyển từ điểm này qua điểm kia.

6.Cách phân biệt hiệu điện thế với cường độ dòng điện

Mục đích xác định

• Hiệu điện thế được dùng để xác định sự khác biệt của dòng điện ở 2 điểm bất kỳ trong điện trường.
• cường độ dòng điện dùng để xác định tốc độ của dòng điện khi chuyển động từ điểm A đến điểm B bất kỳ.

Đơn vị tính

• Điện áp có đơn vị tính sẽ là Vôn, kí hiệu là V.
• Cường độ dòng điện có đơn vị tính là Ampe, kí hiệu là A.

Kí hiệu

• Hiệu điện thế được kí hiệu là U.
• Cường độ dòng điện được kí hiệu là I

7.Lưu ý về hiệu điện thế giữa hai điểm bất kì

• Hiệu điện thế được hiểu một cách đơn giản là một đại lượng vô hướng. Đại lượng này có giá trị dương hoặc âm tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể khác nhau. Đại lượng  vô hướng nhưng khi xác định giá trị của điện áp giữa 2 điểm bất kỳ thì có thể xác định được giá trị một cách chính xác và tuyệt đối.
• Hiệu điện thế giữa 2 điểm A và B bất kỳ trong điện trường sẽ có giá trị luôn luôn xác định. Giá trị này sẽ tính ra được nhờ vào công thức tính điện thế. Còn đối với tại 1 điểm bất kỳ trong điện trường thì giá trị còn phụ thuộc vào điểm được chọn làm gốc. Điểm làm gốc này có thể xa hay gần tùy vào từng trường hợp khác nhau để lựa chọn.
• Để xác định hướng của vector cường độ điện trường thì có thể xác định hướng của điện thế cao sang điện thế thấp. Không bao giờ có trường hợp xác định từ điện thế thấp đến điện thế cao.