SGK Vật Lí 11 - Bài 5. Điện thế. Hiệu điện thế
Điện THÊ □ Hiệu ĐIỆN THẾ Thế năng tVM của điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khá năng sinh công cúa lực điện tác dụng lên điện tích q. Thế năng WM vừa phụ thuộc điện trường tại M, vừa phụ thuộc q. Có đại lượng nào đặc trưng riêng cho khả năng sinh công cúa điện trường, không phụ thuộc vào điện tích q ? ĐIỆN THÊ Khái niệm điện thế Trong công thức tính thế năng của một điện tích q tại một điểm M trong điện trường WM = ÂMoo = VMỢ thì hệ số VM không phụ thuộc q, mà chỉ phụ thuộc điện trường tại M. Nó đặc trưng 'cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q. Ta gọi nó là điện thế tại M. Định nghĩa riêng cho điện trường vê phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương sô'của còng của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển tứ M ra vô cực và độ lớn của q. 3. Đơn vị điện thế Chứng minh rằng, điện thế tại mọi điểm trong điện trường của một điện tích điểm âm (Q < 0) đểu có giá trị âm. Đơn vị điện thế là vón (kí hiệu là V). Trong công thức (5.1), nếu ợ = i c ; ÂMeo = 1 J thì VM = 1 V. Đặc điểm của điện thẻ Điện thế là đại lượng đại số. Trong công thức (5.1), vì q > 0 nên : nếu ÂMco > 0 thì VM > 0 ; nếu ÂMoo < 0 thì VM < 0. ra Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (bằng 0).' + + + + Ẽ N - M + - + - + - N Khi di chuyển q từ M đến N thì điện trường sinh cõng /tMN. Muốn đo hiệu điện thế giữa bản dương và bản âm của một tụ điện phẳng, người ta nối bản âm với vỏ và bản dương với cần của tĩnh điện kế. Kim tích điện cùng dấu với cần và nằm trong điện trường giữa cần và vỏ nên chịu tác dụng của lực điện, làm cho nó quay cho đến khi tác dụng của lực điện bị cân bằng bởi tác dụng của trọng lực. Góc quay của kim tỉ lệ với hiệu điện thế giữa cần và vỏ. Hình 5.3 27 - HIỆU ĐIỆN THÊ Hiệu điện thế’) giữa hai điểm M và N là hiệu giữa điện thế VM và VN (Hình 5.1) : ^MN = (5.2) Định nghĩa Từ công thức (5.2) ta suy ra TT _ Aloo Aloo _ 4m°0 - Atop t>MN- " ” - g Mặt khác, ta có thể viết: ■^Moo — ^MN + -^Noo Kết quả, ta thu được : C„N(5.3) NẠy, hiệú điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyên của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của q. Đơn vị hiệu điện thế cũng là vôn. Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà nếu di chuyển điện tích q = 1 c từ điểm nọ đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J. Đo hiệu điện thê' Người ta đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế. Phần chính của tĩnh điện kế gồm một cái kim bằng kim loại (1) có thể quay xung quanh một trục gắn trên một cái cần cũng bằng kim loại (2). Hệ thống được đặt trong một cái vỏ kim loại (3) và được cách điện với vỏ (Hình 5.2). Hệ thức giữa hiệu .điện thế và cường độ điện trường Xét hai điểm M và N trên một đường sức điện của một điện trường đều (Hình 5.3). (1) Hiệu điện thế còn gọi là điện áp. Nếu di chuyển một điện tích q trên đường thẳng MN thì công của lực điện sẽ là : ^MN - qEd với d -MN. Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là : * rr _ Z^MN _ ƯMN - - E“ • <7 hay £ = £mn=£ (5.4) d d Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là vôn trên mét (V/m). Công thức (5.4) cũng đúng cho trường hợp điện trường không đều, nếu trong khoảng d rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể. * Điện thế tại một điểm M đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại * ' đó một điện-tích q. n ĨÀ? ( ' ' V - -x = - M q q ‘ ỉĩ Hiệu điện thế giữa hai điểm đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ điểm nọ đến điểm kia. •ýj •' UMN . q Đơn vị của điện thê và hiệu điện thế là vòn (V). Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường :U = Ed. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì ? Nó được xác định như thế nào ? Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường 4. là gì ? Viết hệ thức liên hệ hiệu điện thế giữa hai điểm vói cóng do lực điện sinh ra khi có một điện tích q di chuyển giữa hai điểm đó. Viết hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, nói rõ điéu kiện áp dụng hệ thức đó. Biết hiệu điện thế ƯMN = 3 V. Hỏi đẳng thức nào dưới đây chắc chắn đúng ? A. \/m='3V. B. \ZN = 3 V. c. v"-VN = 3V. D. v’ - Vm = 3 V. Khi một điện tích q = -2 c di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trựờng thì lực điện sinh công - 6 J. Hỏi hiệu điện thế ƯMN có giá trị nào sau đây ? A.+12V. B.-12V. C.+3V. D.-3V. Chọn câu đúng. Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì. Electron đó sẽ' chuyển động dọc theo một đường sức điện. chuyển động tù điểm có diện thế cao xuống điểm có điện thế thấp. c. chuyển động tù điểm có điện thế thấp lén điểm có điện thế cao. D. đứng yên. Có hai bản kim loại phẳng đặt song song vói nhau và cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa bản dưong và bản âm là 120 V. Hỏi điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm sẽ là bao nhiêu ? Mốc điện thế ở bản âm. Tính cóng mà lực điện tác dụng lên một electron sinh ra khi nó chuyển động tù điểm M đến điểm N. Biết hiệu điện thế ƯMN = 50 V. Em có biết ? Thành trong ống khói Các thanh hoặc bản kim loại tích điện âm Tấm kim loại hình mặt trụ tích điện dương Các hạt bụi và khói bạý lêri theọ luông khí thải Dây nối đất THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN Đế tránh làm ô nhiễm không khí, trong các ống khói cúa các nhà máy điện, 'nhà máy xi măng, nhà máy gạch, nhà máy hoá chất,... người ta thường lắp cái lọc bụi tĩnh điện. Hình 5.4 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện gồm một hệ thống các thanh hoặc bán kim loại bố trí dọc theo trục cứa ống khói. Ớ hai bên thành trong ống khói có hai tấm kim loại hình mặt trụ (Hình 5.4). Các thanh hoặc bán kim loại được nối với cực âm cúa nguồn điện cao thế. Hai tấm kim loại mặt trụ được nối với cực dương. Khi các hạt bụi, khói bay từ dưới lên qua các thanh hoặc bản kim loại thì chúng sê bị nhiễm điện âm. Do đó, chúng sẽ bị hút dính vào các tấm kim loại mặt trụ và bị trung hoà về điện. Một bộ phận cơ học lắc nhẹ hai tấm này làm cho các hạt bụi, khói rơi xuống và được đưa ra ngoài. Hình 5.5 Trong ảnh (chụp ngày 7-12- 2006)' là hai ống khói của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại. xồng khói của dây chuyên sản xuất’ củ (bẽn trái) phun khói bụi nhiéu, còn ống khói của dây chuyên sản xuất mới (bên phải) đã đuợc lọc bụi tốt. Hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại mặt trụ với các thanh hoặc bản kim loại vào khoáng vài chục nghìn vôn.