Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Hiệu điện thế là gì?
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em nêu được hiệu điện thế U là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh ra dòng điện của nguồn hoặc giữa hai đầu một dụng cụ điện, biết đơn vị đo là vôn (V), và phân biệt được U với I.
Kiến thức nền cần nhớ
Em đã biết nguồn điện tạo ra dòng điện nhờ duy trì một sự chênh lệch giữa hai cực (bài 1.1), và đã biết dùng ampe kế để đo cường độ dòng điện I (bài 2.2). Bài này gọi đúng tên cho "sự chênh lệch giữa hai cực" đó — chính là hiệu điện thế.
Khởi động
Pin tiểu ghi "1,5V", ắc quy xe máy ghi "12V", còn ổ cắm điện trong nhà lại là "220V". Ba con số này không phải cường độ dòng điện — vậy chúng nói lên điều gì khác về mỗi nguồn điện?
Kiến thức trọng tâm
**Hiệu điện thế**, kí hiệu $U$, là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh ra dòng điện giữa hai điểm — thường là giữa hai cực của một nguồn điện, hoặc giữa hai đầu của một dụng cụ điện đang mắc trong mạch. Đơn vị đo hiệu điện thế là **vôn**, kí hiệu **V**, đặt theo tên nhà vật lí Alessandro Volta, người chế tạo ra pin điện hoá đầu tiên. Với hiệu điện thế nhỏ, người ta cũng dùng đơn vị milivôn (mV): $1 V = 1000 mV$.
Mỗi nguồn điện có một giá trị $U$ nhất định giữa hai cực của nó, thường được nhà sản xuất ghi ngay trên vỏ — pin tiểu AA hay AAA đều có $U = 1,5 V$, pin vuông "con thỏ" có $U = 9 V$, ắc quy xe máy phổ biến có $U = 12 V$, còn điện lưới sinh hoạt ở Việt Nam có $U = 220 V$. Hiệu điện thế càng lớn, nguồn điện càng có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn cho mỗi điện tích dịch chuyển qua mạch — đây chính là điểm khác cốt lõi giữa $U$ và $I$: **$I$ nói lên dòng điện mạnh hay yếu (bao nhiêu điện tích qua một điểm mỗi giây), còn $U$ nói lên nguồn điện "đẩy" mạnh đến mức nào (mỗi điện tích nhận được bao nhiêu năng lượng khi đi qua)**.
Mỗi dụng cụ điện cũng có một hiệu điện thế định mức — giá trị $U$ mà nhà sản xuất thiết kế để dụng cụ hoạt động bình thường, thường ghi trên vỏ sản phẩm (ví dụ bóng đèn pin ghi "2,5V", bàn ủi ghi "220V"). Nếu $U$ thực tế đặt vào dụng cụ nhỏ hơn định mức, dụng cụ hoạt động yếu hơn bình thường (đèn mờ hơn); nếu $U$ thực tế lớn hơn định mức đáng kể, dụng cụ dễ bị quá tải, nóng bất thường, thậm chí cháy hỏng.
Giá trị U trên vỏ nguồn điện cho biết khả năng sinh ra dòng điện của nguồn đó, không phải độ mạnh yếu của dòng điện.
Ví dụ
Đọc và hiểu ý nghĩa hiệu điện thế định mức
1
Một bóng đèn pin có ghi trên vỏ "2,5V". Con số này có ý nghĩa gì? Nếu mắc bóng đèn này vào một nguồn có $U = 3 V$ thì điều gì có thể xảy ra?
2
"2,5V" là hiệu điện thế định mức của bóng đèn — giá trị $U$ mà nhà sản xuất thiết kế để đèn hoạt động bình thường, sáng đúng độ sáng thiết kế mà không bị hỏng.
3
Nguồn $U = 3 V$ lớn hơn hiệu điện thế định mức $2,5 V$ của đèn. Đặt một hiệu điện thế lớn hơn định mức vào đèn khiến dòng điện qua đèn lớn hơn bình thường, dây tóc đèn nóng quá mức thiết kế.
4
Vậy đèn có thể sáng hơn bình thường trong thời gian ngắn nhưng dễ bị cháy dây tóc, giảm tuổi thọ rõ rệt hoặc hỏng ngay lập tức — mắc dụng cụ điện vào nguồn có $U$ vượt định mức là điều cần tránh.
Ví dụ
Vì sao đèn pin nhiều pin cần bóng đèn định mức cao hơn?
1
Bảng dữ liệu ghi hiệu điện thế định mức của ba loại bóng đèn pin: Đ1 (1,5V) dùng cho đèn pin 1 viên pin, Đ2 (3V) dùng cho đèn pin 2 viên pin nối tiếp, Đ3 (6V) dùng cho đèn pin 4 viên pin nối tiếp. Giải thích vì sao nhà sản xuất phải thiết kế mỗi loại bóng đèn với hiệu điện thế định mức khác nhau như vậy, ứng với đúng số pin sử dụng.
2
Đèn pin dùng càng nhiều viên pin nối tiếp, hiệu điện thế của cả bộ nguồn (tổng hợp từ các pin) càng lớn — cụ thể quy tắc cộng dồn hiệu điện thế của các phần tử mắc nối tiếp sẽ được học kĩ ở chương sau.
3
Nếu lắp bóng đèn Đ1 (định mức 1,5V, chỉ chịu được mức nguồn 1 pin) vào đèn pin dùng 4 viên pin nối tiếp, hiệu điện thế đặt vào đèn sẽ vượt xa định mức, làm đèn cháy ngay khi bật. Ngược lại, lắp Đ3 (định mức 6V) vào đèn pin chỉ có 1 viên pin thì hiệu điện thế quá thấp so với định mức, đèn sáng rất yếu hoặc không sáng.
4
Vậy mỗi loại bóng đèn phải có hiệu điện thế định mức phù hợp với đúng số pin sử dụng, để hiệu điện thế thực tế đặt vào đèn gần bằng định mức — đèn vừa sáng đúng thiết kế, vừa không bị cháy hỏng.
Sai lầm thường gặp
Nhiều học sinh nhầm lẫn U và I, cho rằng "hiệu điện thế lớn nghĩa là dòng điện chạy nhanh hơn" một cách mơ hồ. Thực ra hai đại lượng đặc trưng cho hai điều khác nhau: I đặc trưng độ mạnh yếu của chính dòng điện, còn U đặc trưng khả năng sinh công của nguồn (hoặc mức chênh lệch giữa hai đầu một dụng cụ) — hai đại lượng đo bằng hai dụng cụ khác nhau, đơn vị khác nhau, và không thể dùng lẫn cho nhau.
Ghi nhớ
Hiệu điện thế U đo bằng vôn (V), đặc trưng cho khả năng sinh ra dòng điện của nguồn hoặc mức chênh lệch giữa hai đầu một dụng cụ. U khác I: U là "khả năng đẩy", I là "độ mạnh dòng chảy". Mỗi dụng cụ điện cần dùng đúng U định mức để hoạt động an toàn.
Bài sau, em sẽ học dụng cụ đo trực tiếp giá trị U này — vôn kế, và cách mắc nó khác hẳn với cách mắc ampe kế.
Hiệu điện thế, kí hiệu U, là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh ra dòng điện giữa hai điểm — thường là giữa hai cực của một nguồn điện, hoặc giữa hai đầu của một dụng cụ điện đang mắc trong mạch. Đơn vị đo hiệu điện thế là vôn, kí hiệu V, đặt theo tên nhà vật lí Alessandro Volta, người chế tạo ra pin điện hoá đầu tiên. Với hiệu điện thế nhỏ, người ta cũng dùng đơn vị milivôn (mV): 1V=1000mV.
Mỗi nguồn điện có một giá trị U nhất định giữa hai cực của nó, thường được nhà sản xuất ghi ngay trên vỏ — pin tiểu AA hay AAA đều có U=1,5V, pin vuông "con thỏ" có U=9V, ắc quy xe máy phổ biến có U=12V, còn điện lưới sinh hoạt ở Việt Nam có U=220V. Hiệu điện thế càng lớn, nguồn điện càng có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn cho mỗi điện tích dịch chuyển qua mạch — đây chính là điểm khác cốt lõi giữa U và I: I nói lên dòng điện mạnh hay yếu (bao nhiêu điện tích qua một điểm mỗi giây), còn U nói lên nguồn điện "đẩy" mạnh đến mức nào (mỗi điện tích nhận được bao nhiêu năng lượng khi đi qua).
Mỗi dụng cụ điện cũng có một hiệu điện thế định mức — giá trị U mà nhà sản xuất thiết kế để dụng cụ hoạt động bình thường, thường ghi trên vỏ sản phẩm (ví dụ bóng đèn pin ghi "2,5V", bàn ủi ghi "220V"). Nếu U thực tế đặt vào dụng cụ nhỏ hơn định mức, dụng cụ hoạt động yếu hơn bình thường (đèn mờ hơn); nếu U thực tế lớn hơn định mức đáng kể, dụng cụ dễ bị quá tải, nóng bất thường, thậm chí cháy hỏng.
Một bóng đèn pin có ghi trên vỏ "2,5V". Con số này có ý nghĩa gì? Nếu mắc bóng đèn này vào một nguồn có U=3V thì điều gì có thể xảy ra?
"2,5V" là hiệu điện thế định mức của bóng đèn — giá trị U mà nhà sản xuất thiết kế để đèn hoạt động bình thường, sáng đúng độ sáng thiết kế mà không bị hỏng.
Nguồn U=3V lớn hơn hiệu điện thế định mức 2,5V của đèn. Đặt một hiệu điện thế lớn hơn định mức vào đèn khiến dòng điện qua đèn lớn hơn bình thường, dây tóc đèn nóng quá mức thiết kế.
Vậy đèn có thể sáng hơn bình thường trong thời gian ngắn nhưng dễ bị cháy dây tóc, giảm tuổi thọ rõ rệt hoặc hỏng ngay lập tức — mắc dụng cụ điện vào nguồn có U vượt định mức là điều cần tránh.
Nhiều học sinh nhầm lẫn U và I, cho rằng "hiệu điện thế lớn nghĩa là dòng điện chạy nhanh hơn" một cách mơ hồ. Thực ra hai đại lượng đặc trưng cho hai điều khác nhau: I đặc trưng độ mạnh yếu của chính dòng điện, còn U đặc trưng khả năng sinh công của nguồn (hoặc mức chênh lệch giữa hai đầu một dụng cụ) — hai đại lượng đo bằng hai dụng cụ khác nhau, đơn vị khác nhau, và không thể dùng lẫn cho nhau.