Hiệu điện thế là kiến thức môn vật lý được học từ lớp 7 nhưng lại được vận dụng xuyên suốt cho đến học phổ thông. Chính vì vậy, các bạn cần nắm được định nghĩa hiệu điện thế là gì và công thức tính hiệu điện thế thì mới có thể áp dụng vào làm bài tập được nhé.
Hiệu điện thế là gì?
Hiệu điện thế (hay còn gọi là điện áp) là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực của 1 nguồn. Ký hiệu là ∆U thường được viết đơn giản là U.
Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường tĩnh là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường khi có một điện tích di chuyển giữa hai điểm đó.
Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng (lực điện), hoặc sự mất đi, sử dụng, hoặc năng lượng lưu trữ (giảm thế).
Hiệu điện thế có thể được sinh ra bởi các điện trường tĩnh, dòng điện chạy qua từ trường, các trường từ thay đổi theo thời gian, hoặc sự kết hợp của 3 nguồn trên
Đơn vị của hiệu điện thế
Đơn vị đo hiệu điện thế là Vôn (V), Milivôn (mV) và Kilôvôn ( kV) trong dó :
- Vôn là đơn vị đo hiệu điện thế ở mức trung bình
- Milivôn là đơn vị đo hiệu điện thế ở mức vôn nhỏ
- Kilôvôn là đơn vị đô ở mức vôn lớn
Dụng cụ đo hiệu điện thế
Thông thường người ta thường sử dụng đồng hồ vạn năng, ampe kìm hay vôn kế để đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện.
1. Đồng hồ vạn năng
Các sản phẩm đồng hồ vạn năng đều có khả năng đo hiệu điện thế. Bên cạnh đó, một số dòng đồng hồ vạn năng cũng có khả năng đo điện áp điện một chiều và điện xoay chiều, đo dòng điện (cường độ dòng điện), điện trở, tần số…
2. Ampe kìm
Ampe kìm cũng được coi là dụng cụ đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế với độ chính xác cao. Bên cạnh đó, ampe kìm cũng có các chức năng đo tần số, thông mạch, điện trở…
3. Vôn kế
Dụng cụ đo hiệu điện thế được sử dụng hiện nay đó chính là vôn kế. Vôn kế được chia ra làm 2 loại đó là vôn kế đồng hồ kim và vôn kế hiển thị số. Cả 2 loại vôn kế này đều có công dụng như nhau, được sử dụng để đo hiệu điện thế của dòng điện.
Tham khảo thêm: Công thức tính công suất và các dạng bài tập có lời giải từ A – Z
Công thức tính hiệu điện thế
Hiệu điện thế cơ bản (dựa trên mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và điện trở R) có công thức tính là
U = I.R
Trong đó:
- U là hiệu điện thế (V)
- I là cường độ dòng điện (A)
- R là điện trở của vật dẫn điện có giá trị không đổi (Ω)
Với hiệu điện thế giữa 2 điểm có trong điện trường là một đại lượng đặc trưng giúp cho khả năng thực hiện công của điện trường nếu khi có bất kỳ 1 điện tích nào di chuyển giữa 2 điểm đó có công thức tính là
UMN = VM – VN = AMNqAMNq
Lưu ý:
- Điện thế và hiệu điện thế chính là một đại lượng vô hướng mang giá trị dương hoặc âm.
- Ở hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường có giá trị xác định, còn với điện thế tại một điểm ở trong điện trường sẽ mang giá trị phụ thuộc vào vị trí mà người dùng chọn làm gốc điện thế.
- Bên cạnh đó, trong điện trường nếu vectơ có cường độ điện trường mang hướng từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
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.
UMN = VM – VN = AMN/q
Trong đó:
- UMN Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường (V)
- VM: Điện thế tại điểm M trong điện trường (V)
- VN : Điện thế tại điểm N trong điện trường (V)
- AMN: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N (J)
- q: Điện tích điểm (C)
Từ công thức tính hiệu điện thế, ta có thể tính công của lực điện và độ lớn điện tích di chuyển trong điện trường:
Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường
Trong đó:
- UMN Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường (V)
- AMN: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N (J)
- q: Điện tích điểm (C)
- E: Cường độ điện trường
- d: Khoảng cách giữa hai điểm M, N dọc theo chiều điện trường
Tham khảo thêm: Công thức định luật Jun Lenxơ kèm VD minh họa có lời giải
Các dạng bài tập tính hiệu điện thế có lời giải
Ví dụ 1: Hai bóng đèn cùng loại mắc nối tiếp vào nguồn điện 9V, các bóng sáng bình thường. Khi đó:
A. Hiệu điện thế định mức của chúng đều là 9V.
B. Hiệu điện thế định mức của chúng bằng 4,5V.
C. Hiệu điện thế định mức của chúng là 3V và 6V.
D. Hiệu điện thế định mức của chúng là 7V và 2V.
Lời giải
Vì hai bóng đèn cùng loại và cùng sáng bình thường khi mắc nối tiếp vào nguồn 9V nên hiệu điện thế định mức của chúng là 4,5 V ⇒ chọn đáp án B
Ví dụ 2: Khi các dụng cụ dùng điện mắc nối tiếp, khi đó:
A. Hiệu điện thế giữa hai đầu các dụng cụ như nhau.
B. Dòng điện đi qua và hiệu điện thế hai đầu mỗi dụng cụ như nhau.
C. Cường độ dòng điện qua các dụng cụ là giống nhau.
D. Hiệu điện thế như nhau, dòng điện không như nhau.
Lời giải
Các dụng cụ điện được mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện qua các dụng cụ điện là như nhau, hiệu điện thế hai đầu mạch bằng tổng hiệu điện thế hai đầu mỗi dụng cụ điện.
⇒ Chọn C
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ:
a. Hỏi vôn kế nào chỉ hiệu điện thế lớn hơn?
b. Khi mạch bị đứt tại
Lời giải
a. Vì hai vôn kế được mắc song song với nhau và với đèn nên số chỉ của hai vôn kế như nhau.
b. Khi mạch bị đứt ở A thì vôn kế 2 chỉ giá trị 0, vôn kế 1 vẫn đo hiệu điện thế hai đầu của nguồn nên chỉ hiệu điện thế của nguồn là 220V.
Ví dụ 4: Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế UMN có giá trị bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Hiệu điện thế UMN có giá trị là
U = A/q = −6 : −2 = 3V
Ví dụ 5: Ở sát mặt Trái Đất, vectơ cường độ điện trường hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới và có độ lớn vào khoảng 150V/m.Hiệu điện thế giữa một điểm ở độ cao 5m so với mặt đất là bao nhiêu?
Lời giải
Áp dụng công thức: U = E.d = 150.5 = 750W
Ví dụ 6: Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là UMN = 50V Công mà lực điện tác dụng lên một electron khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N là bao nhiêu?
Lời giải
UMN = VM – VN = AMN/q
⇒ 50 = AMN : -1,6.10-19
⇒ AMN = -8.10-18 J
Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được định nghĩa hiệu điện thế là gì và công thức tính hiệu điện thế để có thể vận dụng vào làm bài tập nhé
