Bài 5: Điện thế. Hiệu điện thế

Điện thế

Khái niệm điện thế

• Trong công thức tính thế năng của một điện tích q tại một điểm M trong điện trường: \( W_{M}=A_{M\infty }=V_{M}q \)
• Ta thấy hệ số \( V_{M} \) 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 :

\( V_{M}=\frac{W_{M}}{q}=\frac{A_{M\infty }}{q} \)

Định nghĩa

Phát biểu

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó 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.

Biểu thức

• Công thức: \( \boldsymbol{ V_{M}=\frac{A_{M\infty }}{q}} \)
• Trong đó:
  • Đơn vị điện thế là vôn (V)
  • q là điện tích, đơn vị C
  • \( A_{M\infty} \) đơn vị là J

Đặc điểm của điện thế

• Điện thế là đại lượng số.
• Trong công thức: \( V_{M}=\frac{A_{\infty }}{q} \):
  • Ta có: q  > 0 nên nếu:
    – \( A_{M\infty} \) > 0 thì V_M­ > 0.
    – \( A_{M\infty} \) < 0 thì V_M < 0.
• Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (bằng 0).

Hiệu điện thế (điện áp)

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa V_M­ và V_N .

\( U_{MN}=V_{M}-V_{N}\)

Định nghĩa

Ta biến đổi công thức sau:
\( U_{MN}=V_{M}-V_{N}=\frac{A_{M\infty }}{q}-\frac{A_{N\infty }}{q}=\frac{A_{M\infty}-A_{N\infty}}{q} \)

Mặt khác, ta có: \( A_{M\infty }=A_{_{MN}}+A_{N\infty } \)

Kết quả, ta có được biểu thức:

\( \boldsymbol{U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}} \)

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

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

  Đo hiệu điện thế

• Người ta đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.
• Để kiểm tra tĩnh điện kế, có nhiều cách. Cách thú vị nhất chính là dùng vợt muỗi. Sau đây là một video nho nhỏ giúp các bạn hiểu rõ hơn nhé.
• https://www.youtube.com/watch?v=z5J3jR7SaNA

Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

Xét hai điểm M và N trê một đường sức điện của một điện trường đều.

Nếu di chuyển một điện tích q trên một đường thẳng MN thì công của lực điện sẽ  là : A_MN = qEd với d = \( \bar{MN} \).

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N sẽ là: \( U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}=Ed\) hay:

\( E=\frac{U_{MN}}{d}=\frac{U}{d} \)

Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là V/m.

Kiến thức thực tế

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

• Hạt bụi được đưa vào lọc bụi và qua tấm phân khí. Khí được phân đều ra và đi vào khoảng không gian giữa hai bản cực. Hai hệ thống bản cực này được cấp điện áp một chiều để tạo ra từ trường mạnh làm ion hoá mãnh liệt  khí. Các ion có xu hướng di chuyển về các điện cực trái dấu.
• Lượng bụi bám chủ yếu ở bản cực dương (bản cực lắng). Trên điện cực âm cũng có bụi bám vào nhưng không nhiều. Sau một thời gian (được cài đặt trước) hệ thống búa gõ sẽ hoạt động gõ vào các điện cực làm rơi bụi. Bụi được lắng xuống các phễu hứng ở đáy lọc bụi và được tháo ra ngoài vào xích cào vận chuyển thu hồi.