Bài 20. Điện thế

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Điện thế tại một điểm

$$V_M=\frac{W_M}{q}=\frac{A_{M\infty }}{q}$$

• Điện thế đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo thế năng tại điểm xét.

• Điện thế là đại lượng vô hướng.

• Đơn vị điện thế là vôn $\left(V\right);\mathrm{1kV}={10}^{3}V$.

1.2. Hiệu điện thế

$$U_{\mathrm{MN}}=V_M-V_N=\frac{A_{\mathrm{MN}}}{q}$$

• Công của lực điện:

$A_{\mathrm{MN}}=q{U}_{\mathrm{MN}}$.

• Hiệu điện thế còn được gọi là điện áp.

• Dấu của $U_{\mathrm{MN}}$ phụ thuộc thứ tự hai điểm M và N.

1.3. Mối liên hệ giữa điện thế và thế năng

$$W_M\mathrm{=q}{V}_M$$

• Điện thế không phụ thuộc điện tích thử; thế năng phụ thuộc q.

• Với $q>0,W$ biến thiên cùng chiều với V; với $q<0,W$ biến thiên ngược chiều với V.

1.4. Mối liên hệ giữa điện trường và hiệu điện thế

$\mathrm{E=}\frac{U}{d}$

• Trong điện trường đều, điện thế giảm theo chiều E.

• Nếu M ở phía điện thế cao hơn N thì $U_{\mathrm{mn}}>0$.

• Công thức dùng độ lớn U giữa hai điểm nằm trên cùng đường sức và khoảng cách d theo phương E.

Bài tập ví dụ

Có hai bản phẳng song song cách nhau một khoảng $d$ (Hình vẽ), được nối vào nguồn điện một chiều có hiệu điện thế $48\text{ V}$. Chọn bản nhiễm điện âm làm mốc điện thế.

a) Xác định mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường tại một điểm trong điện trường đều giữa hai bản phẳng.

b) Áp dụng kết quả câu a để tính điện thế tại $M$ nằm chính giữa khe hở của hai bản phẳng.

Giải

a) Gọi $N$ là điểm giao của đường sức đi qua $M$ với bản nhiễm điện âm (Hình vẽ). $V_N\mathrm{=0}$ do điểm $N$ nằm trên bản phẳng nhiễm điện âm được chọn làm mốc điện thế, $\overline{\mathrm{MN}}\mathrm{=h>}0$ vì $\mathrm{MN}$ thuận theo chiều đường sức, $h$ chính là khoảng cách từ $M$ tới bản nhiễm điện âm.

Mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường tại điểm $M$:

$$E_M=\frac{V_M-V_N}{\mathrm{MN}}\Rightarrow V_M=E_{M}h$$b) Trường hợp điểm $M$ nằm chính giữa khe hở hai bản phẳng tức là:

$$\mathrm{h=}\frac{d}{2}$$Ta có:

$$V_M\text{=Eh=}\frac{U}{d}\cdot \frac{d}{2}=\frac{48}{2}=24V$$

2. Hiểu sâu bản chất

💡 Điện thế giống như “mức năng lượng trên một đơn vị điện tích” của điện trường tại điểm xét.

💡 Điện thế có thể âm, dương hoặc bằng không tùy mốc chọn.

💡 Hiệu điện thế giữa hai điểm không thay đổi khi đổi mốc điện thế.

💡 Điện tích dương tự chuyển động từ nơi điện thế cao xuống thấp; điện tích âm có xu hướng ngược lại.

3. Ghi nhớ nhanh

$•V=W/q$.

$•U_{\mathrm{MN}}=V_M-V_N$.

$•A_{\mathrm{MN}}=q{U}_{\mathrm{MN}}$.

• Điện trường đều: $E=U/d$.

• Điện thế giảm theo chiều E.

4. Lưu ý cho học sinh

• Chú ý thứ tự chỉ số: $U_{\mathrm{MN}}=V_M-V_N$.

• Khi q âm, dấu của công $A=\mathrm{qU}$ có thể ngược dấu U.

$•E=U/d$ dùng d là khoảng cách theo phương đường sức.

• Điện thế là đại lượng vô hướng, cường độ điện trường là đại lượng vectơ.