BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN

MỞ ĐẦU

Để dịch chuyển một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, cần phải đẩy nó để thắng lực đẩy giữa chúng, Hình 3.1. Trong trường hợp này, ta nói rằng cần phải thực hiện một công để di chuyển một điện tích lại gần một điện tích khác. Năng lượng của một điện tích di chuyển trong iện trường được xác định như thế nào?

Giải nhanh:

Năng lượng của một điện tích di chuyển trong điện trường được xác định bằng công của lực điện trường tác dụng lên điện tích dương q và có độ lớn: A = qEd..

 I. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

CH 1. Vì sao đường biểu diễn sự thay đổi thế năng điện trong điện trường đều ở Hình 3.2 là một đường thắng?

Giải nhanh:

Vì sự thay đổi thế năng điện phụ thuộc vào vị trí của điểm trong không gian và không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển.Hay thế năng tỉ lệ thuận với khoảng cách theo công thức W_M = A = qEd.

CH 2. Vì sao thế năng của điện tích tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường?

Giải nhanh:

- Mốc tính thế năng ở bản âm.

- Khi đưa một điện tích dương đến gần bản dương, công mà ta thực hiện đã chuyển thành thế năng điện của điện tích và làm tăng thế năng của nó trong điện trường.CH 3. So sánh công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng và công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét.

Giải nhanh:

Công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng có độ lớn bằng với công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét nhưng trái dấu.

II. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

CH 4. Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì?

Giải nhanh:

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

LT 1. Cho hai bản cực song song, cách nhau 25 cm như hình 3.3. Hiệu điện thế giữa hai bản là 2 kV

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là bao nhiêu?

b) Cường độ điện trường tại C và tại D là bao nhiêu?

c) Tìm lực điện tác dụng. lên một điện tích +5 μC đặt tại C.

Giải nhanh:

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 2kV.

b) Cường độ điện trường giữa hai bản tụ cũng chính là cường độ điện trường tại mọi điểm phía trong bản tụ (vì đây là điện trường đều).

E = U/d = 2000/0,25 = 8000V/m

c) Lực điện tác dụng lên điện tích đặt tại C

F = qE = 5.10⁻⁶.8000 = 0,04N

III. TỤ ĐIỆN

CH 5. Vì sao tụ điện có năng lượng?

Giải nhanh:

Khi tụ được tích điện, nguồn điện thực hiện công đưa các điện tích đến các bản tụ điện. Tức là phải thực hiện công để đẩy electron lên bản này và kéo chúng ra khỏi bản kia. Theo định luật bảo toàn năng lượng, công này bằng năng lượng của tụ điện.

LT 2. Một tụ điện có điện dung 2 000 μF được tích điện đến hiệu điện thế 10 V. Tính năng lượng của tụ điện.

Giải nhanh:

Công thức tính năng lượng điện trường: 

W = ½.CU² = ½.2000.10⁻⁶.10² = 0,1J. 

Vận dụng. Cho các dụng cụ sau: Một tụ điện có điện dung 100 μF và hiệu điện thế định mức khoảng 12 V; 4 pin 1,5 V; Một LED; Một điện trở 5Ω; công tắc, dây dẫn điện. Nêu phương án dùng các dụng cụ này chứng minh tụ điện có lưu trữ năng lượng.

Giải nhanh:

Bước 1: Mắc nối tiếp 4 pin lại với nhau để được bộ nguồn có hiệu điện thế lớn hơn

Bước 2: Nối hai bản của tụ điện với 2 cực của bộ pin, khi đó pin sẽ tích điện cho tụ

Bước 3: Tháo tụ ra khỏi mạch trên, lắp 2 bản của tụ vào 2 cực của đèn LED, công tắc, điện trở thì khi đóng công tắc ta thấy đèn LED sáng. Chứng tỏ tụ điện có lưu trữ năng lượng.