Bài học

Đo hiệu điện thế bằng vôn kế

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mắc đúng vôn kế song song vào hai đầu đoạn mạch hoặc dụng cụ cần đo, chọn đúng chốt và thang đo, và đọc đúng số chỉ để xác định hiệu điện thế.

Kiến thức nền cần nhớ

Em đã biết khái niệm hiệu điện thế U và đơn vị vôn (bài 3.1), đã biết kí hiệu vôn kế trong sơ đồ (bài 1.2), và đặc biệt đã biết ampe kế phải mắc nối tiếp (bài 2.2) — đối chiếu với cách mắc ampe kế sẽ giúp em nhớ chính xác cách mắc vôn kế, vì hai quy tắc này ngược nhau.

Khởi động

Ampe kế mắc nối tiếp, đứng "chắn ngang" đúng trên đường đi duy nhất của dòng điện. Vôn kế thì đo "độ chênh lệch" giữa hai đầu một bóng đèn mà không được cản trở dòng điện chính chạy qua đèn đó — vậy vôn kế cần mắc theo kiểu nào để làm được cả hai việc đó cùng lúc?

Kiến thức trọng tâm

Vôn kế là dụng cụ đo hiệu điện thế giữa hai điểm. Nguyên tắc mắc vôn kế ngược hẳn với ampe kế: vôn kế luôn được mắc song song với đoạn mạch (thường là một dụng cụ điện) cần đo, hai đầu của vôn kế nối trực tiếp vào đúng hai điểm mà em muốn biết hiệu điện thế giữa chúng. Vì vôn kế có điện trở rất lớn, gần như không có dòng điện đáng kể chạy qua nó, nên việc mắc thêm vôn kế song song hầu như không ảnh hưởng đến dòng điện chính chạy qua bóng đèn — đây chính là lý do vôn kế có thể đo "độ chênh lệch" mà không làm xáo trộn mạch đang hoạt động.

**Vôn kế** là dụng cụ đo hiệu điện thế giữa hai điểm. Nguyên tắc mắc vôn kế ngược hẳn với ampe kế: vôn kế luôn được mắc **song song** với đoạn mạch (thường là một dụng cụ điện) cần đo, hai đầu của vôn kế nối trực tiếp vào đúng hai điểm mà em muốn biết hiệu điện thế giữa chúng. Vì vôn kế có điện trở rất lớn, gần như không có dòng điện đáng kể chạy qua nó, nên việc mắc thêm vôn kế song song hầu như không ảnh hưởng đến dòng điện chính chạy qua bóng đèn — đây chính là lý do vôn kế có thể đo "độ chênh lệch" mà không làm xáo trộn mạch đang hoạt động.

Khi mắc, chốt dương (+) của vôn kế cần nối về phía có điện thế cao hơn — thường là phía gần cực dương của nguồn hơn (phía dòng điện quy ước đi vào đoạn mạch đang xét), chốt âm (–) nối về phía còn lại. Cũng giống ampe kế, trước khi đo cần chọn thang đo (GHĐ) lớn hơn giá trị $U$ dự đoán để tránh hỏng kim, rồi đọc kết quả theo độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của thang đo đã chọn.

Một điểm dễ gây lẫn lộn với học sinh mới học: vôn kế có thể mắc song song với hẳn một dụng cụ điện (ví dụ cả bóng đèn), nhưng cũng có thể mắc song song với cả một đoạn mạch gồm nhiều phần tử, tuỳ vào việc em muốn biết hiệu điện thế giữa hai điểm nào. Vì thế, trước khi mắc vôn kế, luôn cần xác định rõ hai điểm cần đo là hai điểm nào — mắc nhầm vào hai điểm khác sẽ cho ra một giá trị U hoàn toàn không phải điều đề bài hỏi, dù kĩ thuật mắc song song vẫn đúng.

Một điểm dễ gây lẫn lộn với học sinh mới học: vôn kế có thể mắc song song với hẳn một dụng cụ điện (ví dụ cả bóng đèn), nhưng cũng có thể mắc song song với cả một đoạn mạch gồm nhiều phần tử, tuỳ vào việc em muốn biết hiệu điện thế giữa hai điểm nào. Vì thế, trước khi mắc vôn kế, luôn cần xác định rõ **hai điểm cần đo** là hai điểm nào — mắc nhầm vào hai điểm khác sẽ cho ra một giá trị U hoàn toàn không phải điều đề bài hỏi, dù kĩ thuật mắc song song vẫn đúng.

Vôn kế luôn mắc song song với đoạn mạch cần đo, khác hẳn cách mắc nối tiếp của ampe kế.

Ví dụ

Đọc số chỉ vôn kế mắc đúng

1
Một mạch điện gồm một pin có $U = 3 V$ , một bóng đèn Đ và một công tắc K. Vôn kế mắc song song với bóng đèn Đ. Khi đóng K, vôn kế chỉ $2,8 V$ . Con số này có ý nghĩa gì, và vì sao nó không đúng bằng $3 V$ của nguồn?
Một mạch điện gồm một pin có $U = 3 V$, một bóng đèn Đ và một công tắc K. Vôn kế mắc song song với bóng đèn Đ. Khi đóng K, vôn kế chỉ $2,8 V$. Con số này có ý nghĩa gì, và vì sao nó không đúng bằng $3 V$ của nguồn?
2
Vì vôn kế mắc song song trực tiếp với bóng đèn Đ, số chỉ $2,8 V$ chính là hiệu điện thế thực tế giữa hai đầu bóng đèn khi có dòng điện chạy qua nó.
Vì vôn kế mắc song song trực tiếp với bóng đèn Đ, số chỉ $2,8 V$ chính là hiệu điện thế thực tế giữa hai đầu bóng đèn khi có dòng điện chạy qua nó.
3
Mạch chỉ có một bóng đèn là vật tiêu thụ chính, nên $U$ đo được ở đèn xấp xỉ $U$ của nguồn. Phần chênh lệch nhỏ $3 - 2,8 = 0,2 V$ có thể do hao hụt trên dây dẫn nối hoặc do nguồn điện đã dùng một thời gian nên $U$ thực tế giảm nhẹ so với giá trị ghi trên vỏ.
Mạch chỉ có một bóng đèn là vật tiêu thụ chính, nên $U$ đo được ở đèn xấp xỉ $U$ của nguồn. Phần chênh lệch nhỏ $3 - 2,8 = 0,2 V$ có thể do hao hụt trên dây dẫn nối hoặc do nguồn điện đã dùng một thời gian nên $U$ thực tế giảm nhẹ so với giá trị ghi trên vỏ.
4
Vậy vôn kế chỉ đúng hiệu điện thế thực tế giữa hai đầu đèn là $2,8 V$ , chênh lệch nhỏ so với $U$ ghi trên nguồn là điều bình thường trong thực hành đo đạc.
Vậy vôn kế chỉ đúng hiệu điện thế thực tế giữa hai đầu đèn là $2,8 V$, chênh lệch nhỏ so với $U$ ghi trên nguồn là điều bình thường trong thực hành đo đạc.

Ví dụ

Hậu quả khi mắc nhầm vôn kế nối tiếp

1
Một học sinh lỡ mắc vôn kế nối tiếp vào mạch (thay vì mắc song song với bóng đèn), rồi đóng công tắc. Kết quả là bóng đèn không sáng hoặc sáng rất yếu, dù khi kiểm tra riêng bằng ampe kế mắc đúng thì vẫn thấy có một dòng điện rất nhỏ trong mạch. Giải thích vì sao mắc sai kiểu này lại khiến đèn gần như không sáng.
2
Vôn kế được chế tạo có điện trở rất lớn, để khi mắc song song nó gần như không hút dòng điện qua mình — đó là ưu điểm khi dùng đúng cách.
3
Khi vôn kế bị mắc nối tiếp, toàn bộ dòng điện của mạch buộc phải đi xuyên qua điện trở rất lớn đó trước khi tới đèn. Điện trở lớn này cản trở gần hết dòng điện, khiến cường độ dòng điện thực tế qua mạch giảm xuống rất nhỏ.
4
Vậy dòng điện nhỏ còn sót lại chính là do vôn kế cản trở gần hết, nên đèn không đủ dòng điện để sáng bình thường — đây là lý do vôn kế không bao giờ được mắc nối tiếp vào mạch chính.

Sai lầm thường gặp

Học sinh dễ nhớ lẫn hai quy tắc mắc dụng cụ vì chúng ngược nhau: mắc SONG SONG ampe kế (đáng lẽ phải nối tiếp) gây đoản mạch nguy hiểm; mắc NỐI TIẾP vôn kế (đáng lẽ phải song song) làm cản trở gần hết dòng điện, đèn không sáng. Cách nhớ chắc chắn: ampe kế "đứng trên đường đi" của dòng điện — nối tiếp; vôn kế "bắc cầu" giữa hai đầu dụng cụ — song song.

Ghi nhớ

Vôn kế: mắc song song, đúng chốt (+ về phía điện thế cao hơn), chọn thang đo lớn hơn dự đoán, đọc theo độ chia nhỏ nhất. Nhớ đối lập với ampe kế: ampe kế nối tiếp, vôn kế song song.

Em đã biết đo cả cường độ dòng điện và hiệu điện thế cho một mạch chỉ có một bóng đèn. Từ chương sau, ta xét mạch có từ hai bóng đèn trở lên, bắt đầu với cách mắc nối tiếp.