Hiệu điện thế là gì? Công thức tính hiệu điện thế và bài tập minh họa

Điện áp là cụm từ xuất hiện thường xuyên trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên không phải ai cũng có thể định nghĩa được Điện áp là gì?Công thức tính điện áp là gì, cách đo điện áp như thế nào,… Và nếu bạn chưa rõ về những vấn đề này thì đừng bỏ qua bài viết dưới đây, vì chúng tôi sẽ giúp bạn giải đáp mọi thông tin liên quan đến điện áp.

Điện áp là gì?

Điện áp là gì? Các khái niệm liên quan đến điện áp

Điện trường là gì?

Điện trường là môi trường xung quanh điện tích, gắn với điện tích và tác dụng lực lên các điện tích khác đặt bên trong nó. Đó là lý do tại sao ở đâu có điện tích thì xung quanh nó có điện trường.

Điện thế là gì?

Thế năng tại điểm M nằm trong điện trường là đại lượng đặc trưng của điện trường xét về mặt sinh ra thế năng khi đặt vào một điện tích q và được xác định theo công thức sau:

VM = AM/q

Trong đó:

• VM là thế năng tại M
• AM là công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi chuyển động từ M đến vô cùng
• q là độ lớn của điện tích q

Điện áp là gì?

Sự khác biệt tiềm năng là sự khác biệt về điện thế giữa hai cực hoặc công được thực hiện để di chuyển một hạt tích điện trong trường tĩnh điện từ điểm này sang điểm khác. Nó có thể được tạo ra bởi trường tĩnh điện, dòng điện chạy qua từ trường, từ trường biến thiên theo thời gian hoặc cả ba nguồn.

Điện áp của các nguồn điện khác nhau sẽ khác nhau. Ví dụ:

• Pin tròn có hiệu điện thế U=1,5V
• Ắc quy xe máy có điện áp U= 9 hoặc 12 V
• Ổ cắm điện trong nhà có điện áp U = 220 V

Ổ cắm điện trong nhà có điện áp U = 220 V

Ở một số nước khác như Đài Loan, Nhật Bản, ổ cắm điện gia dụng có điện áp U=110 V.

Phân loại điện áp

Tùy theo từng ứng dụng cụ thể và quy ước của mỗi nước mà điện áp được phân loại khác nhau, cụ thể như sau:

+> Trong truyền tải điện công nghiệp ở Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam quy định:

• Nguồn điện lưới dưới 1 kV là điện áp thấp
• Từ 1kV đến 66kV là điện áp trung thế
• Lớn hơn 66kV là điện áp cao

+> Theo mạng lưới truyền tải điện Việt Nam năm 1993:

• Điện áp cao có 4 cấp: 66kV, 110kV, 220kV và 500kV
• Điện áp trung thế có 5 cấp: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV và 35kV
• Điện áp thấp có 2 cấp: 0,4kV và 0,2kV

+> Theo mục tiêu đồng bộ hóa lưới điện vào năm 2010 ở Việt Nam:

• Điện áp cao có 4 cấp: 66kV, 110kV, 220kV và 500kV
• Điện áp trung thế có 2 cấp: 22kV và 35 kV
• Hạ thế có 1 cấp: 0,4kV

+> Theo Nghị định của Chính phủ về bảo vệ an toàn lưới điện cao áp:

• Điện áp lớn hơn 1000V là điện áp cao
• Đối với các thiết bị điện gia dụng, trong bóng đèn tivi, điện áp 15-22kV gọi là điện áp cao

Đơn vị đo và dụng cụ đo điện áp

Đơn vị đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong hệ thống điện là vôn (V). Nguồn gốc điện thế của hệ thống điện thường được chọn là nối đất.

Các dụng cụ đo điện áp thường được sử dụng là: Vôn kế, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo điện tử,..

Hình ảnh vôn kế xoay chiều

Hướng dẫn cách đo điện áp bằng vôn kế hở mạch

Bước 1: Dựa vào đơn vị đo và cách chia nhỏ nhất của vôn kế mà chọn loại vôn kế phù hợp.

Bước 2: Nối vôn kế song song với hai cực của nguồn điện, trong đó cực dương (+) của vôn kế nối với cực dương của nguồn điện và cực âm (-) của vôn kế nối với cực âm của nguồn điện. Tuyệt đối không làm ngược lại vì có thể dẫn đến chập điện, cháy nổ, gây nguy hiểm cho người vận hành.

Bước 3: Đọc số volt (milivon) hiển thị trên màn hình. Đây là giá trị hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi chưa nối vào mạch điện.

Đối với vôn kế dùng kim, trước khi đo điện áp bạn cần quan sát vị trí của kim và chỉnh về 0 trước khi đo xem có bị lệch hay không.

Công thức tính điện áp

Công thức 1

U = IR

Trong đó:

• U là điện áp (V)
• I là cường độ dòng điện (A)
• R là điện trở của dây dẫn (Ω)

Công thức 2

UMN= VM- VN= AMN /q

Trong đó:

• UMN là hiệu điện thế giữa điểm M và điểm N (V)
• AMN là lực điện được tạo ra để di chuyển điện tích từ điểm M đến điểm N (J).
• q là điện tích (C)

Công thức 3

UMN= E.dMN

Trong đó:

• E là cường độ điện trường đều (V/m)
• dMN là khoảng cách giữa hai hình chiếu của hai điểm M và N trên đường sức (cm)

Phân biệt điện áp và dòng điện

Trong điện trường, điện áp và dòng điện đều là những khái niệm dùng để mô tả hoạt động của các electron trong điện trường. Tuy nhiên, họ có những khác biệt nhất định.

Tiêu chí so sánh	Điện áp	Cường độ hiện tại
Ý nghĩa/Mục đích	Sự khác biệt về khả năng thực hiện công để điện tích q chuyển động từ điểm M đến điểm N bất kỳ.	Xác định tốc độ của dòng điện di chuyển từ điểm M đến điểm N bất kỳ hoặc cường độ/điểm yếu của dòng điện.
Biểu tượng	bạn	TÔI
Đơn vị đo	V (Vôn)	A (Ampe)
Dụng cụ đo	Vôn kế, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo điện tử	Ampe kế, ampe kế, đồng hồ vạn năng

Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện

– Cường độ dòng điện được tạo ra bởi một điện áp nhất định, tức là điện áp có thể tạo ra cường độ dòng điện.

– Trong điện trường nhất thiết phải có điện áp nhưng khi có điện áp thì không nhất thiết phải có dòng điện.

– Hiệu điện thế và cường độ dòng điện có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và cùng tạo ra dòng điện.

Bài tập minh họa

Bài 1: Đặt 2 tấm kim loại phẳng song song với nhau, cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa bản dương và bản âm là 120 V. Tính hiệu điện thế tại điểm M nằm giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm. Lấy dấu điện áp trên tấm âm.

Giải pháp:

Ta có khoảng cách giữa bản âm và bản dương là d0 = 1 cm = 0,01 m.

Điện trường giữa hai tấm kim loại: E = U0 /d0 = 120 / 0,01 = 12,10 3 (V).

Điện thế tại điểm M nằm giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm là:

UM = E.dM = 12.103.6.10 -3 = 72 (V)

Vì dấu điện áp trên bản âm V(-)=0 nên VM=72(V)

Bài tập 2: Tính công của lực điện tác dụng lên một electron khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N biết hiệu điện thế UMN = 50 V.

Giải pháp:

Ta có UMN = 50 V ; qe = 1.6.10 -19 (C)

Vậy công của lực điện làm cho electron chuyển động là AMN = qe. UMN = – 1.6.10 -19.50 = -8.10-18 J

Bài tập 3: Một electron di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo đường sức của điện trường đều thì lực điện thực hiện công 9,6 x 10-18 J.

a) Tính cường độ điện trường.

b) Tính công mà lực điện tạo ra khi electron di chuyển 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo hướng trên.

c) Tính hiệu điện thế UNP.

Giải: d = 0,6 cm = 0,006 m.

a) Ta có cường độ điện trường E = 9,6,10-18 / (0,006,1, 602,10-19) = 104 (V/m)

b) dNP = 0,4 cm = 0,004 m

Công mà lực điện thực hiện khi electron di chuyển 0,4 cm từ điểm N đến điểm P là

ANP = EqdNP = 104.1, 602.10-19.0.004 = 6.4.10-18 (J)

c) Hiệu điện thế UNP = ANP /q = – 40 (V)

Trên đây là một số thông tin về Điện áp là gì? mà chúng tôi muốn chia sẻ với độc giả. Hy vọng nó sẽ hữu ích cho các bạn trong việc học vật lý cũng như trong cuộc sống hàng ngày.

Xem thêm:

• Công thức tính công suất và bài tập ứng dụng
• Phương pháp trộn hóa chất xử lý nước thải an toàn, hiệu quả