Hiệu điện thế là gì? So sánh với cường độ dòng điện?

1. Hiệu điện thế là gì?

Hiệu điện thế (còn được gọi là suất điện động emf, áp suất điện hoặc lực căng điện) được định nghĩa là hiệu điện thế trên một đơn vị điện tích giữa hai điểm trong điện trường. Điện áp được biểu thị bằng toán học (ví dụ: trong công thức) bằng ký hiệu “V” hoặc “E”. Nếu bạn đang tìm kiếm lời giải thích trực quan hơn để giúp giải thích điện áp là gì, hãy chuyển đến phần này của bài viết.

Hiệu điện thế, áp suất điện hoặc lực căng điện là hiệu điện thế giữa hai điểm, (trong điện trường tĩnh) được định nghĩa là công cần thiết trên một đơn vị điện tích để di chuyển một điện tích thử nghiệm giữa hai điểm. Trong Hệ đơn vị quốc tế, đơn vị dẫn xuất cho điện áp (hiệu điện thế) được đặt tên là vôn.

Hiệu điện thế là áp suất từ ​​nguồn điện của mạch điện đẩy các electron mang điện (dòng điện) qua một vòng dây dẫn, cho phép chúng thực hiện công việc như chiếu sáng đèn.

Trong đơn vị SI, công trên một đơn vị điện tích được biểu thị bằng jun trên mỗi coulomb, trong đó 1 vôn = 1 jun (công) trên 1 coulomb (tính phí). Định nghĩa SI cũ cho công suất và dòng điện được sử dụng vôn; bắt đầu từ năm 1990, hiệu ứng Hall và Josephson lượng tử đã được sử dụng, và gần đây (2019) các hằng số vật lý cơ bản đã được giới thiệu để định nghĩa tất cả các đơn vị SI và các đơn vị dẫn xuất. Hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế được biểu thị bằng ký hiệu bằng V, đơn giản hóa V, hoặc U, chẳng hạn trong ngữ cảnh của luật mạch Ohm hoặc Kirchhoff.

Sự khác biệt về điện thế giữa các điểm có thể do sự tích tụ điện tích (ví dụ, tụ điện) và do sức điện động (ví dụ, cảm ứng điện từ trong máy phát, cuộn cảm và máy biến áp). Trên quy mô vĩ mô, sự khác biệt về điện thế có thể do các quá trình điện hóa (ví dụ: tế bào và pin), hiệu ứng áp điện do áp suất gây ra và hiệu ứng nhiệt điện gây ra. Một vôn kế có thể được sử dụng để đo hiệu điện thế (hoặc hiệu điện thế) giữa hai điểm trong một hệ thống. Thường thì một điện thế tham chiếu chung chẳng hạn như mặt đất của hệ thống được sử dụng làm một trong những điểm. Một điện áp có thể đại diện cho một nguồn năng lượng hoặc sự mất mát, tiêu tán hoặc tích trữ năng lượng.

Có nhiều cách hữu ích để xác định điện áp, bao gồm cả định nghĩa tiêu chuẩn đã đề cập trước đó. Ngoài ra còn có các định nghĩa hữu ích khác về công trên mỗi điện tích (xem § Thế mạ kẽm so với thế điện hoá). Hiệu điện thế được định nghĩa để các vật nhiễm điện âm được kéo về phía điện áp cao hơn, trong khi các vật nhiễm điện dương bị kéo về phía điện áp thấp hơn. Do đó, dòng điện thông thường trong dây dẫn hoặc điện trở luôn chạy từ điện áp cao hơn đến điện áp thấp hơn. Trong lịch sử, điện áp được sử dụng để sử dụng các thuật ngữ như “lực căng” và “áp suất”. Ngay cả ngày nay, thuật ngữ “lực căng” vẫn được sử dụng, ví dụ trong cụm từ “độ căng cao” (HT) thường được sử dụng trong thiết bị điện tử dựa trên van nhiệt điện (ống chân không).

2. Công thức của 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)

Hiệu điện thế giữa A và C là tổng của hiệu điện thế giữa A và B và hiệu điện thế giữa B và C. Có thể tính các hiệu điện thế khác nhau trong một đoạn mạch bằng cách sử dụng định luật mạch Kirchhoff. Khi nói về dòng điện xoay chiều (AC) có sự chênh lệch giữa hiệu điện thế tức thời và hiệu điện thế trung bình. Điện áp tức thời có thể được thêm vào cho dòng điện một chiều (DC) và AC, nhưng điện áp trung bình chỉ có thể được thêm một cách có ý nghĩa khi chúng áp dụng cho các tín hiệu có cùng tần số và pha.

Tóm lại, điện áp = áp suất, và nó được đo bằng vôn (V). Thuật ngữ này công nhận nhà vật lý người Ý Alessandro Volta (1745-1827), người phát minh ra cọc điện áp – tiền thân của pin gia dụng ngày nay.

Trong thời kỳ đầu của điện lực, điện áp được gọi là sức điện động (emf). Đây là lý do tại sao trong các phương trình như Định luật Ôm, điện áp được biểu thị bằng ký hiệu E.

Ví dụ về điện áp trong mạch điện một chiều (một chiều) đơn giản:

Trong mạch điện một chiều này, công tắc được đóng (BẬT).

Điện áp trong nguồn điện — “chênh lệch điện thế” giữa hai cực của pin — được kích hoạt, tạo ra áp suất buộc các electron chạy như dòng điện ra khỏi cực âm của pin.

Dòng điện đến ánh sáng, làm cho nó phát sáng.Dòng điện trở lại nguồn điện.

Điện áp là điện áp xoay chiều (xoay chiều) hoặc điện áp một chiều (một chiều).

Cách chúng khác nhau:

Điện áp xoay chiều (được biểu diễn trên đồng hồ vạn năng kỹ thuật số bằng):

Chảy nhấp nhô đồng đều kể từ khi có sóng, như được hiển thị bên dưới:

Đảo ngược hướng trong những khoảng thời gian đều đặn.

Thường được sản xuất bởi các tiện ích thông qua máy phát điện, trong đó năng lượng cơ học — chuyển động quay được cung cấp bởi nước chảy, hơi nước, gió hoặc nhiệt — được chuyển đổi thành năng lượng điện.

Phổ biến hơn điện áp một chiều. Các tiện ích cung cấp điện áp xoay chiều đến các gia đình và cơ sở kinh doanh nơi phần lớn các thiết bị sử dụng điện áp xoay chiều.

Nguồn cung cấp điện áp chính khác nhau tùy theo quốc gia. Ví dụ ở Hoa Kỳ, nó là 120 vôn.Một số thiết bị gia dụng, chẳng hạn như TV và máy tính, sử dụng nguồn điện áp một chiều. Họ sử dụng bộ chỉnh lưu (chẳng hạn như khối chunky đó trong dây của máy tính xách tay) để chuyển đổi điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều.

3. So sánh với cường độ dòng điện:

Điện áp và thuật ngữ “chênh lệch tiềm năng” thường được sử dụng thay thế cho nhau. Hiệu điện thế có thể được định nghĩa tốt hơn là sự khác biệt về thế năng giữa hai điểm trong mạch. Lượng chênh lệch (tính bằng vôn) xác định bao nhiêu tiềm năng tồn tại để di chuyển các electron từ điểm cụ thể này sang điểm cụ thể khác. Số lượng xác định có bao nhiêu công việc, có thể được thực hiện thông qua mạch.

Ví dụ, một pin kiềm AA gia dụng cung cấp 1,5 V. Các ổ cắm điện gia dụng điển hình cung cấp 120 V. Điện áp trong mạch càng lớn thì khả năng “đẩy” nhiều điện tử và hoạt động của nó càng lớn.

Chênh lệch điện áp / điện thế có thể được so sánh với nước được lưu trữ trong bồn chứa. Bể càng lớn và chiều cao của nó (và do đó là vận tốc tiềm năng của nó), thì khả năng tạo ra tác động của nước khi van được mở và nước (như các điện tử) có thể chảy qua càng lớn.

Hiệu điện thế: Hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia.

– Định nghĩa: Sự khác biệt điện áp giữa hai điểm

– Ký hiệu: U

– Đơn vị: V – vôn

– Mối quan hệ: Hiệu điện thế tạo nên cường độ dòng điện. Có hiệu điện thế mà không cần có cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện là một đại lượng vật lý. Nó đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện. Hay cho số lượng các điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

– Định nghĩa: Tốc độ của dòng điện khi đi từ điểm này tới điểm kia

– Ký hiệu: I

– Đơn vị: A – ampe

– Mối quan hệ: Cường độ dòng điện được tạo ra bởi hiệu điện thế. Không thể có cường độ dòng điện mà không có hiệu điện thế.

Ngoài ra mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế được thể hiện qua định luật Ôm: Định luật Ôm về mối quan hệ giữa hiệu điện thế U, cường độ dòng điện I và điện trở R.

R=U/I

Các kỹ thuật viên tiếp cận hầu hết các tình huống khắc phục sự cố để biết cách một mạch hoạt động theo thông lệ. Các mạch được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tải — từ một thiết bị nhỏ đến đồ gia dụng đến động cơ công nghiệp. Các phụ tải thường mang một bảng tên xác định các giá trị tham chiếu điện tiêu chuẩn của chúng, bao gồm điện áp và dòng điện. Thay cho bảng tên, một số nhà sản xuất cung cấp sơ đồ chi tiết (sơ đồ kỹ thuật) mạch điện của tải. Hướng dẫn sử dụng có thể bao gồm các giá trị tiêu chuẩn. Những con số này cho kỹ thuật viên biết những gì sẽ đọc được khi tải hoạt động bình thường. Việc đọc trên đồng hồ vạn năng kỹ thuật số có thể xác định một cách khách quan các sai lệch so với tiêu chuẩn. Mặc dù vậy, kỹ thuật viên phải sử dụng kiến ​​thức và kinh nghiệm để xác định các yếu tố gây ra sự khác biệt đó.