Thế năng \( W_{M} \) của điện tích \( q \) trong điện truoòng đặc trumg cho khả năng sinh công của lực điện tác dụng lên điện tích \( q \). Thế năng \( W_{M} \) vừa phụ thuộc điện truờng taii \( M \), vữa phụ thuộc \( q \). Có đại lượng nào đặc trumg riêng cho khả năng sinh công của điện truờng, không phụ thuộc vào điện tích \( q \) ?
I - ĐIỆN THẾ
-
Khái niệm điện thế
Trong công thức tính thế năng của một điện tích \( q \) tại một điểm \( M \) trong điện trường \( W_{\mathrm{M}}=A_{\mathrm{M} \infty}=V_{\mathrm{M}} q \) thì hệ số \( V_{\mathrm{M}} \) 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 diện thế tại \( M \).
\[ V_{\mathrm{M}}=\frac{W_{\mathrm{M}}}{q}=\frac{A_{\mathrm{M} \omega}}{q} \]
-
Định nghĩa
Điện thế tại một điểm M trong điện truờng là đại luợng đặc truing riêng cho điện truoòng về phưong diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó đưọc xác định bằng thưong số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ \( M \) ra vô cục và độ lớn của q.
\[
V_{\mathrm{M}}=\frac{A_{\mathrm{M} \omega}}{q}
\]
-
Đơn vị điện thế
Đơn vị điện thế là vôn (kí hiệu là V ). Trong công thức (5.1), nếu \( q=1 \mathrm{C} ; A_{\mathrm{M} \infty}=1 \mathrm{~J} \) thì \( V_{\mathrm{M}}=1 \mathrm{~V} \).
-
Đặc điểm của điện thế
Điện thế là đại lượng đại số. Trong công thức (5.1), vì \( q > 0 \) nên: nếu \( A_{\mathrm{M} \infty} > 0 \) thì \( V_{\mathrm{M}} > 0 \); nếu \( A_{\mathrm{M} \infty} < 0 \) thì \( V_{\mathrm{M}} < 0 \). C1
C1 Chứng minh rằng, điện thế tại mọi điểm trong điện trường của một điện tích điểm âm \( (Q < 0) \) đều có giá trị âm.
Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (bằng 0 ).
II - HIỆU ĐIỆN THẾ
- Hiệu điện thế( \( { }^{(1)} \) giữa hai điểm \( M \) và \( N \) là hiệu giữa điện thế \( V_{\mathrm{M}} \) và \( V_{\mathrm{N}}( \) Hình 5.1\( ) \) :
\[
U_{\mathrm{MN}}=V_{\mathbf{M}}-V_{\mathrm{N}}
\]
-
Định nghĩa
Từ công thức (5.2) ta suy ra :
\[
U_{\mathrm{MN}}=\frac{A_{\mathrm{M} \omega \rho}}{q}-\frac{A_{\mathrm{N} \omega \rho}}{q}=\frac{A_{\mathrm{M} \omega \infty}-A_{\mathrm{N} \omega}}{q}
\]
Mặt khác, ta có thể viết :
\[
A_{\mathrm{M} \omega}=A_{\mathrm{MN}}+A_{\mathrm{N} \omega}
\]
Kết quả, ta thu được :
\[
U_{\mathrm{MN}}=\frac{A_{\mathrm{MN}}}{q}
\]
Vậy, hiệu điện thế giũa hai điểm \( M, N \) trong điện truoòng đă̆c trúng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích tù̀ \( M \) đến \( N \). Nó được xác định bằng thuơng 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 \( q=1 \mathrm{C} \) từ điểm nọ đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J .
-
Đo hiệu điện thế
Người ta đo hiệu điện thế tinnh 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).
Khi di chuyển \( q \) từ \( M \) đến \( N \) thi điện truờng sinh công \( A_{\text {MN }} \).
Muốn đo hiệu điện thế giữa bản dương và bản âm của một tụ điện phẳng, nguời ta nối bản âm với vỏ và bản dương với cần của tỉnh điện kế. Kim tích điện cùng dấu với cần và nằm trong điện truờng giữa cần và vỏ nên chịu tác dụng của lụ̣c điện, làm cho nó quay cho đến khi tác dụng của lực điện bị cân bằng bởi tác dụng của trọng lụ̣c. Góc quay của kim tỉ lệ với hiệu điện thế giữa cần và vỏ.
(1) Hiệu điện thế còn gọi là điện áp.
27Nếu di chuyển một điện tích \( q \) trên đường thẳng \( M N \) thì công của lực điện sẽ là :
\[
A_{\mathrm{MN}}=q E d
\]
với \( d=\overline{M N} \).
Hiệu điện thế giữa hai điểm \( M, N \) là :
\[
\begin{array}{c}
U_{\mathrm{MN}}=\frac{A_{\mathrm{MN}}}{q}=E d \\
\boldsymbol{E}=\frac{\boldsymbol{U}_{\mathrm{MN}}}{\boldsymbol{d}}=\frac{\boldsymbol{U}}{\boldsymbol{d}}
\end{array}
\]
hay
Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là vôn trên mét \( (\mathrm{V} / \mathrm{m}) \).
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 \( q \).
\[
v_{\mathrm{M}}=\frac{A_{\mathrm{M} \infty}}{q}=\frac{W_{\mathrm{M}}}{q}
\]
Hiệu điện thế giửa 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.
\[
U_{\mathrm{MN}}=v_{\mathrm{M}}-v_{\mathrm{N}}=\frac{A_{\mathrm{MN}}}{q}
\]
Đơn vị của điện thế và hiệu điện thế là vôn (V).
Hệ thức giửa hiệu điện thế và cường độ điện trường : \( U=E d \).
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 giứa hai điểm trong điện trường là gì ?
- Viết hệ thức liên hệ hiệu điện thế giữa hai điểm với công do lực điện sinh ra khi có một điện tích \( q \) di chuyến giữa hai điểm đó.
- Viết hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, nói rõ điểu kiện áp dụng hệ thức đó.
- Biết hiệu điện thế \( U_{M N}=3 \mathrm{~V} \). Hỏi đẳng thức nào dưới đây chắc chắn đúng ?
- \( V_{M}=3 V \).
- \( V_{N}=3 V \).
- \( V_{M}-V_{N}=3 V \).
- \( V_{N}-V_{M}=3 \mathrm{~V} \).
- Khi một điện tích \( q=-2 \mathrm{C} \) di chuyển từ điểm \( M \) đến điểm \( N \) trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J . Hỏi hiệu điện thế \( U_{\mathrm{MN}} \) có giá trị nào sau đây?
- +12 V.
- -12 V .
- +3 V .
- -3 V .
- Chọn câu đúng.
Thả một êlectron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì. Êlectron đó sẽ
- chuyển động dọc theo một đường sức điện.
- chuyển động từ điểm có điện thế cao xuống điểm có điện thế thấp.
- chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao.
- đứng yên.
- Có hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và cách nhau 1 cm . Hiệu điện thế giữa bản dương và bản âm là 120 V . Hỏ̉i điện thế tại điểm \( M \) nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm \( 0,6 \mathrm{~cm} \) sẽ là bao nhiêu? Mốc điện thế ở bản âm.
- Tính công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm \( M \) đến điểm \( N \). Biết hiệu điện thế \( U_{M N}=50 \mathrm{~V} \).
Em có biết ?
THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN
Để tránh làm ô nhiễm không khí, trong các ống khói của các nhà máy điện, nhà máy xi măng, nhà máy gạch, nhà máy hoá chất,... người ta thuoòng lắp cái lọc bụi tĩnh điện.
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện gồm một hệ thống các thanh hoă̆c bản kim loại bố trí dọc Các hat buii và khói Hình 5.4 theo trục của ống khói. Ớ hai
bên thành trong ống khói có hai tấm kim loại hình mặt trụ (Hình 5.4). Các thanh hoặc bản kim loại được nối với cực âm của nguồn điện cao thế. Hai tấm kim loại mặt trụ được nối với cực dưong. Khi các hạt bụi, khói bay từ duoói lên qua các thanh hoặc bản kim loại thì chúng sẽ 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.
Hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại mặt trụ với các thanh hoặc bản kim loại vào khoảng vài chục nghìn vôn.
Trong ảnh (chụp ngày 7 - 12 - 2006) là hai ống khói của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Óng khói của dấy chuyền sản xuất cũ (bên trái) phun khói bụi nhiếu, còn ống khói của dây chuyển sản xuất mới (bên phải) đã được lọc bụi tốt.
