Điện thế hiệu điện thế – Khái niệm và công thức chi tiết

Ghi chú: Tài liệu trích dẫn

Điện thế và hiệu điện thế là một trong những phần quan trọng của chương trình Vật lý lớp 7. Bên cạnh nhiều dạng bài tập hay, chương này còn mang đến rất nhiều lý thuyết áp dụng được vào cuộc sống hằng ngày. Chính vì thế, phần điện thế hiệu điện thế hay xuất hiện trong những câu hỏi liên hệ khó. Các em cần nắm chắc phần này để có thể xử lý được câu 9, 10 điểm.

Điện thế là gì?

Khái niệm điện thế

Để hiểu điện thế lý thuyết của điện thế, các em dựa trên khái niệm sau:

Điện thế xuất hiện tại một điểm bất kỳ trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả năng tạo ra thế năng của điện tích.

Khái niệm và công thức chi tiết

Chứng minh định nghĩa điện thế

Đưa ra tình huống

Nếu ta tiến hành đặt một điện tích thử q ( điều kiện q>0) vào trong một điện trường đều bất kỳ có cường độ điện trường đo được là E thì lực điện trường sinh công sẽ tác động và dịch chuyển điện tích q từ điểm M đi dọc theo đường sức điện trường ra vô cùng. Phần năng lượng điện trường cung cấp dùng để dịch chuyển điện tích đó ( hay còn gọi là thế năng năng của điện tích) sẽ là WM=AM∞

Theo công thức tính công của lực điện trên, ta sẽ thấy rằng đại lượng AM∞ sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện tích thử q. Từ đó suy ra thế năng của điện tích WM cũng sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện tích thử q.

Ta có kết luận rằng: VM=AM∞q=WMqVM=AM∞q=WMq sẽ là một đại lượng không phụ thuộc vào độ lớn của điện tích thử q. Tuy nhiên địa lượng này phụ thuộc vào cường độ mạnh, yếu của điện trường (ký hiệu cường độ điện trường là E)

Ta có hệ quy chiếu đặt điện trường làm trung tâm. Theo quan sát, rút ra được sự phụ thuộc vào một yếu tố bên ngoài ( có thể là độ lớn điện tích thử) sẽ làm tăng, giảm vai trò của điện trường. Chính vì thế các nhà vật lý rút ra được lý thuyết như vậy để đưa vào định nghĩa điện thế.

Kết luận công thức

Ta có kết luận cuối cùng như sau: Điện thế là đại lượng vật lý đặc trưng biểu hiện riêng cho điện trường về phương diện tạo ra năng lượng tiềm năng ( hay còn gọi là thế năng) của điện tích. Thế năng này sẽ cung cấp năng lượng cho các điện tích dịch chuyển trong điện trường (tương tự như trong trường hấp dẫn, ta biết được thế năng của lực hấp dẫn sẽ cung cấp năng lượng cho vật ở độ cao h đang rơi tự do về phía tâm trái đất)

Công thức rút ra từ chứng minh trên như sau:

Điện thế của điện tích thử q tại một điểm M bất kỳ trong điện trường được là VM=AM∞q=WMqVM=AM∞q=WMq

Trong đó:

VM là điện thế của điện tích thử q tại điểm M ( đơn vị V)

WM (thế năng) AM∞ (công của lực điện) là năng lượng của điện trường được tạo ra cho mục đích di chuyển điện tích thử q từ điểm M ra vô cùng ( đơn vị J)

Giải thích điện thế hiệu điện thế

Nhận xét thực tế

Đối với tình huống thực tế, điện trường thường sẽ không cung cấp đủ năng lượng để có thể dịch chuyển điện tích ra vô cùng. Tuy nhiên nó vẫn có thể dịch chuyển từ điểm này (M) đến điểm khác (N). Do vậy phần năng lượng cần có đủ trong dịch chuyển đó sẽ là:

A_MN = q(V_M – V_N)

Xét trường hợp số 1: Nếu q > 0 suy ra q(V_M – V_N) > 0 suy ra V_M > V_N suy ra điện thế tại điểm M lớn hơn điện thế tại điểm N.

Từ đó ra có: Nếu ta đặt một điện tích (+) trong điện trường thì điện trường đó sẽ sinh ra một năng lượng (thế năng) có thể dịch chuyển điện tích q cùng chiều điện trường theo chiều từ nơi có điện thế cao hơn (VM) đến nơi có điện thế thấp hơn (VN).

Xét trường hợp 2: Nếu q < 0 suy ra q(V_M – V_N) > 0 suy ra VM < VN suy ra điện thế tại điểm M sẽ nhỏ hơn điện thế tại điểm N.

Từ đó ta có: Nếu đặt một điện tích (-) trong điện trường thì điện trường đó sẽ sinh ra một năng lượng (thế năng) có thể dịch chuyển điện tích đó ngược chiều điện trường theo chiều từ nơi có điện thế thấp hơn (VM) đến nơi có điện thế cao hơn (V_N).

Nhận xét (2): A_MN = 0 suy ra V_M = V_N. Do vậy nên điện thế tại điểm M có giá trị bằng với điện thế tại điểm N. Kết luận: tại những điểm có điện thế ngang nhau thì không có sự di chuyển của các điện tích bởi điện trường không thể sinh ra năng lượng ( còn gọi là công của lực điện).

Định nghĩa trong Vật lý 7

Cách chứng minh định nghĩa là để học sinh có cái nhìn sâu hơn về phần học này. Khi theo học bộ môn Vật lý 7, các em không cần chứng minh định nghĩa dài như trên mà chỉ cần công nhận định nghĩa được cho trước như sau:

Điện thế tại một điểm M ở trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả năng tạo ra thế năng khi đặt ở đó một điện tích thử q. Điện thế đó được tính bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q dịch chuyển từ M ra xa vô cực và độ lớn của q.

Công thức điện thế:

V_M = A_M∞/q

Trong đó:

V_M là điện thế tại M, đơn vị của điện thế là vôn (V)

A_M là công lực điện

Ôn lại kiến thức về cường độ dòng điện

Hiệu điện thế lớp 7

Ứng dụng thực tế trong cuộc sống

Khái niệm hiệu điện thế

Hiệu điện thế có thể hiểu là phần được sinh ra giữa hai cực âm và dương của nguồn điện. Hiệu điện thế còn được biết là công để các hạt mang điện tích di chuyển giữa hai cực (âm và dương) trong nguồn điện.

Định nghĩa hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N bất kỳ trong một điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đó trong sự dịch chuyển của một điện tích thử q từ M đến N. Hiệu điện thế là kết quả của thương số giữa công của lực điện tác động lên điện tích q trong sự dịch chuyển của q từ M đến N và độ lớn của q.

Công thức hiệu điện thế

Từ định nghĩa trên, ta rút ra được công thức hiệu điện thế như sau:

U_MN = V_M – V_N = A_MN/q

Trong đó:

U_MN là hiệu điện thế giữa hai điểm M và N, đơn vị đo hiệu điện thế là V

A_MN là công của lực điện sinh ra để dịch chuyển q từ M đến N (J)

q là độ lớn của điện tích thử (C)

Dụng cụ đo hiệu điện thế

Hiệu điện thế được đo bằng dụng cụ chuyên dụng là Vôn kế. Trên thị trường hiện nay phổ biến nhất hai loại vôn kế với đặc điểm hiển thị bằng kim và bằng số. Cấu tạo bên trong của hai loại này là tương đương nên sự chính xác cũng như nhau.

Dụng cụ đo hiệu điện thế

Hướng dẫn sử dụng vôn kế:

Bước 1: Căn cứ vào dòng điện cần đo, lựa chọn vôn kế với độ chia nhỏ nhất và đơn vị đo phù hợp.

Bước 2: Mắc vôn kế song song với mạch điện. Lưu ý rằng bắt buộc cực dương của vôn kế phải nối với cực dương của dòng điện. Cùng với đó, cực âm của vôn kế cũng phải mắc với cực âm của dòng điện. Nếu không thực hiện đúng quy tắc này sẽ gây ra tình trạng chập, cháy rất nguy hiểm trong quá trình đo.

Bước 3: Ghi chép lại kết quả hiển thị trên màn hình vôn kế.

Chú ý: Nếu sử dụng loại vôn kế với hiển thị kim đồng hồ, nhớ gạt kim về vị trí số 0 trước khi đo.

Tham khảo thêm lý thuyết của Cường độ dòng điện trong Vật lý 7

Trên đây là những lý thuyết chi tiết về chủ đề điện thế hiệu điện thế trong môn Vật lý 7. Mong rằng những kiến thức này có thể giúp các em trong quá trình học tập.