Điện thế và thế năng điện SVIP

1. THẾ NĂNG ĐIỆN. ĐIỆN THẾ

➤ Công của lực điện

 Chuyển động của điện tích dương \(q\) từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều

Công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích \(q\) từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều bằng \(qEd\), không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và vị trí điểm cuối N của độ dịch chuyển trong điện trường.

\(A_{MN}=qEd\)

Trong đó: \(d\) là độ dài đại số của đoạn MM', là hình chiếu của đoạn MN trên một đường sức điện.

Với điện trường bất kì, công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích \(q\) không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của độ dịch chuyển. Đây là tính chất chung của một số trường lực như trường tĩnh điện, trường trọng lực,...

 ➤ Thế năng điện

Thế năng của một điện tích $q$ trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích $q$ tại điểm đang xét.

- Số đo thế năng của điện tích $q$ tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích $q$ di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng.

Khi chọn mốc thế năng tại vô cực, số đo thế năng của điện tích $q$ tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích $q$ từ điểm M tới vô cực:

\(W_M=A_{M\infty}\)

- Do độ lớn của lực điện tỉ lệ thuận với điện tích $q$ nên thế năng tại điểm M cũng tỉ lệ thuận với điện tích $q$:

\(W_M=V_Mq\)

Hệ số tỉ lệ \(V_M=V\) không phụ thuộc vào điện tích \(q\) mà chỉ phụ thuộc vào điện trường và vị trí của điểm M.

➤ Điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó.

\(V=\dfrac{A}{q}\)

Đơn vị của điện thế là vôn (V), kilôvôn (kV), 1kV = 1000 V.

Hiệu điện thế \(U_{MN}\) mà ta đo được chính là giá trị của hiệu giữa điện thế tại M và điện thế tại N.

\(U_{MN}=V_M-V_N\)

Vì vậy, hiệu điện thế và điện thế đều có chung đơn vị là vôn.

 ➤ Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường để dịch chuyển một đơn vị điện tích giữa hai điểm đó và được xác định bằng biểu thức:

\(U_{AB}=\dfrac{A_{AB}}{q}\)

Trong hệ SI, hiệu điện thế có đơn vị là vôn (V).

Trong điện trường đều, xét một điện tích thử dương chuyển động dọc theo một đường sức điện từ điểm M đến điểm N.

Chuyển động của điện tích thử dọc theo một đường sức

Chọn chiều dương của trục tọa độ là chiều đường sức. Ta có:

\(E_M=E_N=E=\dfrac{U_{MN}}{d_{MN}}=\dfrac{V_M-V_N}{MN}\)        (5)

Kết quả trên cho thấy: trong điện trường đều, độ lớn của cường độ điện trường bằng độ giảm của điện thế dọc theo một đơn vị độ dài đường sức.

Với điện trường bất kì, công thức (5) vẫn được áp dụng trong trường hợp hai điểm M và N ở rất gần nhau.

Cường độ điện trường tại một điểm M có độ lớn bằng thương của hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trên một đoạn nhỏ đường sức chia cho độ dài đại số của đoạn đường sức đó.

2. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU

Khi một điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức, dưới tác dụng của lực điện trường: vận tốc theo phương song song với đường sức bị biến đổi; vận tốc theo phương vuông góc với đường sức không thay đổi. Kết quả là vận tốc của điện tích liên tục đổi phương và tăng dần độ lớn, quỹ đạo chuyển động trở thành đường parabol. 

1. Công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích \(q\) từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều bằng \(qEd\), không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và vị trí điểm cuối N của độ dịch chuyển trong điện trường.

\(A_{MN}=qEd\)

2. Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó.

\(V=\dfrac{A}{q}\)

3. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường để dịch chuyển một đơn vị điện tích giữa hai điểm đó và được xác định bằng biểu thức:

\(U_{AB}=\dfrac{A_{AB}}{q}\)