Điện Thế
Điện thế, hiệu điện thế và mối liên hệ với cường độ điện trường
Để đặt một điện tích $q$ vào điểm M trong điện trường, ta cần cung cấp thế năng $W_M$ cho điện tích — tương ứng với thực hiện một công $A$ để dịch chuyển điện tích từ vô cực về điểm M.
Trong đó:
- $V$: điện thế tại điểm đang xét, đơn vị vôn (V).
- $A$: công của lực điện khi dịch chuyển điện tích $q$ từ vô cực về điểm đó (J).
- $q$: điện tích (C).
▸ Đặc điểm của điện thế
- Điện thế có giá trị đại số — có thể dương, âm hoặc bằng không.
- Đơn vị: vôn (V). Đơn vị lớn hơn: kilôvôn (kV), với $1$ kV $= 1000$ V.
- $1$ V $= 1$ J/C.
▸ Mốc điện thế thường gặp
| Mốc điện thế | Trường hợp sử dụng |
|---|---|
| Vô cực | Khi xét điện thế do điện tích điểm gây ra. |
| Bản nhiễm điện âm | Trong điện trường đều giữa hai bản phẳng. |
| Mặt đất | Trong thực tiễn cuộc sống và kỹ thuật. |
Hiệu điện thế có cùng đơn vị với điện thế: vôn (V). Hiệu điện thế còn được gọi là điện áp. Thiết bị dùng để biến đổi hiệu điện thế được gọi là biến áp.
$U_{MN} = V_M - V_N$ | $U_{NM} = V_N - V_M = -U_{MN}$
Hai đại lượng này trái dấu nhau. Khi đọc đề, chú ý thứ tự chỉ số: $U_{MN}$ là "M trước, N sau".
▸ Phân loại điện áp (theo mạng truyền tải điện Việt Nam)
| Loại điện áp | Giá trị |
|---|---|
| Hạ thế | Nhỏ hơn $1$ kV |
| Trung thế | Từ $1$ kV đến $66$ kV |
| Cao thế | Lớn hơn $66$ kV |
▸ Công của lực điện theo hiệu điện thế
Vận dụng công thức $V = A/q$, có thể chứng minh được công của lực điện khi dịch chuyển điện tích $q$ từ điểm N đến M là:
Hai đại lượng điện thế $V$ và thế năng điện $W$ có vai trò khác nhau:
| Đại lượng | Đặc trưng cho | Phụ thuộc vào |
|---|---|---|
| Điện thế $V$ | Điện trường tại một điểm | Chỉ vị trí và điện trường (không phụ thuộc $q$) |
| Thế năng $W$ | Điện tích đặt trong điện trường | Cả vị trí điểm đặt và độ lớn $q$ |
Vì $V = A/q$ và $A$ chính là thế năng $W_M$ khi đưa điện tích từ vô cực về M, ta có:
• $q > 0$ và $V_M > 0$ → $W_M > 0$.
• $q < 0$ và $V_M > 0$ → $W_M < 0$ (thế năng âm).
• $q > 0$ và $V_M < 0$ → $W_M < 0$.
• $q < 0$ và $V_M < 0$ → $W_M > 0$.
Trong điện trường đều, xét một điện tích thử dương chuyển động dọc theo đường sức điện từ M đến N. Vectơ $\vec{E}$ luôn hướng theo chiều giảm của điện thế (từ nơi điện thế cao về nơi điện thế thấp).
Phát biểu: Trong điện trường đều, độ lớn cường độ điện trường bằng độ giảm điện thế dọc theo một đơn vị độ dài đường sức.
▸ Điện thế tại điểm M cách mốc một khoảng $h$
($h$ là khoảng cách từ M đến mốc điện thế — bản âm, mặt đất hoặc vị trí được chọn).
a) Cường độ điện trường $E$ giữa hai bản.
b) Điện thế tại điểm N cách bản âm $0{,}4$ cm.
$V_N = E \cdot h = 12000 \times 0{,}004 = 48$ V.
Tế bào quang điện chân không là một ống hình trụ có cửa sổ trong suốt, được hút chân không, gồm:
- Catôt (K) – cực âm, có khả năng phát xạ electron khi được chiếu sáng.
- Anôt (A) – cực dương.
Khi $U_{AK} > 0$ (anôt có điện thế cao hơn catôt), các electron sinh ra ở catôt sẽ bị điện trường đẩy về phía anôt → tạo dòng điện trong tế bào.
▸ Một ứng dụng khác: điện thế trong khí quyển
Sát bề mặt Trái Đất luôn có một điện trường đều hướng từ trên xuống dưới, cường độ khoảng $100$–$200$ V/m. Điều này có nghĩa là một điểm càng cao so với mặt đất thì điện thế càng lớn (chọn mặt đất làm mốc).
Ví dụ: nơi có $E = 114$ V/m, điện thế tại điểm cách mặt đất $5$ m là $V = E \cdot h = 114 \times 5 = 570$ V.
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm các công thức mở rộng, sơ đồ tư duy chi tiết và phương pháp giải đầy đủ các dạng bài tập về điện thế và hiệu điện thế, hãy đọc bài viết bên dưới:
Toàn bộ công thức, các dạng bài tập tính toán, sơ đồ tư duy, phương pháp giải và lỗi sai thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 20 – Điện thế!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn