Hiệu điện thế, áp suất điện (điện áp) 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 thống Đơn vị Quốc tế , đơn vị dẫn xuất cho điện áp (hiệu điện thế) được đặt tên là vôn.
Sự khác biệt về điện thế giữa các điểm có thể do điện tích, do dòng điện qua từ trường, do từ trường biến thiên theo thời gian hoặc sự kết hợp của ba yếu tố này. Một vôn kế có thể được sử dụng để đo điện áp (hoặc hiệu điện thế) giữa hai điểm trong hệ thống; thường một điện thế tham chiếu chung chẳng hạn như mặt đất của hệ thống được sử dụng như một trong những điểm.
Điện áp có thể đại diện cho một nguồn năng lượng (sức điện động) hoặc năng lượng bị mất, sử dụng hoặc tích trữ (sụt thế).
Sự khác biệt giữa điện áp và dòng điện
Hiệu điện thế và cường độ dòng điện là hai mặt chính của điện là loại lực điện từ mà tác dụng của nó gây ra dòng điện trong mạch. Độ lớn của điện áp và cường độ dòng điện phụ thuộc vào nhau, nhưng hai thuật ngữ này khác xa nhau về một số mặt.
Một trong những điểm khác biệt chính giữa hiệu điện thế và dòng điện là hiệu điện thế là hiệu giữa hai điểm và dòng điện là dòng các điện tích giữa hai điểm này của điện trường.
Điện áp là gì?
Điện áp là một loại của lực điện từ. Khi cường độ của hiệu điện thế cao, dòng điện chạy qua mạch lớn và khi cường độ của chúng thấp thì dòng điện chạy qua mạch nhỏ hơn. Điện áp được biểu thị bằng ký hiệu V, và đơn vị SI của chúng là vôn.
Điện áp chủ yếu được phân thành hai loại, tức là điện xoay chiều và điện một chiều. Điện xoay chiều thay đổi cực của nó, điện một chiều không thay đổi cực của nó. Điện một chiều được tạo ra bởi hiệu điện thế giữa đầu cực của pin điện hóa và điện xoay chiều do máy phát điện tạo ra.
Sụt áp là gì?
Đôi khi trong đường dây truyền tải, điện ở đầu gửi nhỏ hơn điện ở đầu nhận. Điện bị tiêu tán dưới dạng nhiệt và do đó sự mất điện này được gọi là sụt áp. Sự sụt giảm điện áp xảy ra do tải nặng. Khi tải nặng được nối qua đường dây, nó sẽ tạo ra dòng điện nặng do đó xảy ra mất điện áp.
Tăng áp là gì?
Khi điện nhận lớn hơn điện gửi thì trong đường dây xảy ra hiện tượng tăng điện. Sự gia tăng điện áp được gọi là hiệu ứng Ferranti, và nó chủ yếu xảy ra do dòng điện nạp của đường truyền.
Định nghĩa cường độ dòng điện
Dòng điện là tác dụng của hiệu điện thế. Khi điện áp được áp dụng trên vật liệu dẫn điện, hạt mang điện bắt đầu di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Dòng điện được biểu diễn bằng kí hiệu I và đơn vị SI của chúng là ampe. Phần lớn các hạt tải điện là hạt mang điện tích âm và hướng của dòng điện là từ điểm âm đến điểm tương đối dương.
Dòng điện chủ yếu được chia thành hai loại là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều. Trong dòng điện một chiều, các electron chỉ chuyển động có hướng và trong dòng điện xoay chiều, hướng của các electron đổi chiều trong mỗi phần nghìn giây.
Sự khác biệt chính giữa điện áp và dòng điện
- Hiệu điện thế là hiệu số của các điện tích giữa hai điểm của một điện trường, trong khi dòng điện là dòng của các điện tích giữa một điểm của một điện trường.
- Đơn vị SI (Đơn vị tiêu chuẩn quốc tế) của điện áp là vôn, và đơn vị SI của dòng điện là ampe.
- Điện áp được thể hiện bằng biểu tượng V trong khi dòng điện được thể hiện bằng các biểu tượng tôi.
- Điện áp được định nghĩa là tỷ số giữa công thực hiện với điện tích, trong khi dòng điện là tỷ lệ giữa điện tích với thời gian.
- Điện áp tạo ra từ trường xung quanh nó trong khi dòng điện tạo ra trường tĩnh điện xung quanh nó.
- Cực của hiệu điện thế xoay chiều không đổi và do hiệu điện thế xoay chiều này mà cảm ứng ra dòng điện xoay chiều. Nhưng cực tính của điện áp một chiều không đổi, và hiệu ứng của chúng tạo ra dòng điện một chiều.
- Hiệu điện thế là hiệu giữa điểm trong điện trường, trong khi dòng điện gây ra bởi dòng electron trong điện trường.
- Hiệu điện thế được đo bằng một dụng cụ gọi là vôn kế trong khi cường độ dòng điện được đo bằng ampe kế.
- Trong một đoạn mạch nối tiếp, độ lớn của điện áp không đổi trong tất cả các thành phần của đoạn mạch trong khi độ lớn của dòng điện không đổi.
- Trong đoạn mạch song song, hiệu điện thế ở tất cả các nhánh của đoạn mạch không đổi trong khi dòng điện phân bố không đều trong thành phần đoạn mạch.
- Sự sụt giảm điện áp chủ yếu xảy ra do trở kháng của mạch trong khi sự sụt giảm dòng điện xảy ra do phần tử thụ động (giống như một điện trở) của mạch.
- Trở kháng là sự cản trở của mạch điện đối với dòng điện khi đặt hiệu điện thế qua chúng.
- Hiệu điện thế là nguyên nhân của dòng điện trong khi dòng điện là tác dụng của điện áp.
Theo định luật ohm, điện áp tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện. Điện áp định lượng được tạo ra khi từ thông bị cắt bởi dây dẫn được đặt giữa từ trường quay. Điện áp này gây ra dòng điện trong mạch. Như vậy, chúng ta có thể nói rằng điện áp có thể tồn tại mà không có dòng điện, nhưng dòng điện không thể tồn tại nếu không có điện áp. Nói cách khác, dòng điện là tác dụng của điện áp và điện áp là nguyên nhân của dòng điện.
Các khái niệm cơ bản về điện
Sự mất cân bằng của các electron giữa các nguyên tử tạo ra một lực giữa hai vật liệu. Không có đường cho các electron đi từ vật này sang vật khác, tất cả những gì lực này có thể làm là hút hai vật lại với nhau. Tuy nhiên, bây giờ một dây dẫn bắc cầu qua khe hở cách điện, lực sẽ kích thích các điện tử chuyển động theo một hướng thống nhất qua dây, nếu chỉ trong giây lát, cho đến khi điện tích trong khu vực đó trung hòa.
Điện tích được hình thành giữa hai vật liệu này bằng cách cọ xát chúng với nhau dùng để tích trữ một lượng năng lượng nhất định. Năng lượng này không giống như năng lượng được lưu trữ trong một hồ chứa nước cao được bơm từ một ao ở tầng thấp hơn.
Các electron không khác nhau nhiều. Nếu chúng ta chà xát sáp và len với nhau, chúng ta sẽ “bơm” các electron ra khỏi “mức” bình thường của chúng, tạo ra một điều kiện mà lực tồn tại giữa sáp và len, khi các electron tìm cách thiết lập lại vị trí cũ của chúng (cân bằng trong nguyên tử tương ứng). Lực thu hút các electron trở lại vị trí ban đầu của chúng xung quanh các hạt nhân dương của nguyên tử của chúng tương tự với lực hấp dẫn tác dụng lên nước trong bể chứa, cố gắng kéo nó xuống mức cũ.
Hiểu khái niệm về điện áp
Khi các hạt mang điện tích ở trạng thái tĩnh đó (giống như nước ở yên trên cao trong một bể chứa), năng lượng tích trữ ở đó được gọi là thế năng, bởi vì nó có khả năng (tiềm năng) giải phóng chưa được thực hiện đầy đủ. Khi bạn đánh giày đế cao su vào thảm vải vào một ngày khô ráo, bạn sẽ tạo ra sự mất cân bằng điện tích giữa bản thân và thảm.
Điện tích này (tĩnh điện) là tĩnh, và bạn sẽ không nhận ra rằng năng lượng đang được lưu trữ. Tuy nhiên, khi bạn đặt tay lên tay nắm cửa bằng kim loại (có rất nhiều điện tử di động để trung hòa điện tích của bạn), năng lượng tích trữ đó sẽ được giải phóng dưới dạng một dòng điện tích đột ngột qua tay bạn, và bạn sẽ cảm nhận nó như một cú sốc điện!
Năng lượng tiềm năng này, được lưu trữ dưới dạng mất cân bằng điện tích và có khả năng kích thích các hạt tải điện chạy qua vật dẫn, có thể được biểu thị bằng một thuật ngữ gọi là điện áp, về mặt kỹ thuật là thước đo năng lượng tiềm năng trên một đơn vị điện tích hoặc một cái gì đó mà một nhà vật lý sẽ gọi thế năng riêng.
Định nghĩa của điện áp
Được định nghĩa trong bối cảnh tĩnh điện, điện áp là số đo công việc cần thiết để di chuyển một đơn vị điện tích từ vị trí này sang vị trí khác, chống lại lực cố gắng giữ cho các điện tích cân bằng. Trong bối cảnh của nguồn điện, điện áp là lượng thế năng sẵn có (công việc phải thực hiện) trên một đơn vị điện tích, để di chuyển các điện tích qua vật dẫn.
Vì điện áp là biểu thức của thế năng, đại diện cho khả năng hoặc khả năng giải phóng năng lượng khi điện tích di chuyển từ “mức” này sang “mức” khác, nó luôn được tham chiếu giữa hai điểm.
Hiệu điện thế luôn được biểu thị dưới dạng đại lượng giữa hai điểm. Điều thú vị là, sự tương tự của một khối lượng có khả năng “rơi” từ độ cao này sang độ cao khác là một mô hình đạt đến mức điện áp giữa hai điểm đôi khi được gọi là sụt áp.
Tạo điện áp
Điện áp có thể được tạo ra bằng cách khác ngoài việc cọ xát một số loại vật liệu với nhau. Các phản ứng hóa học, năng lượng bức xạ và ảnh hưởng của từ tính lên chất dẫn điện là một số cách tạo ra hiệu điện thế. Các ví dụ tương ứng về ba nguồn điện áp này là pin , pin mặt trời và máy phát điện (chẳng hạn như thiết bị “máy phát điện” dưới mui xe ô tô của bạn).
Hiện tại, chúng ta sẽ không đi vào chi tiết về cách hoạt động của từng nguồn điện áp này — điều quan trọng hơn là chúng ta hiểu cách các nguồn điện áp có thể được áp dụng để tạo ra dòng điện tích trong mạch điện.
Nguồn điện áp hoạt động như thế nào?
Bất kỳ nguồn điện áp nào, kể cả pin, đều có hai điểm tiếp xúc điện. Trong trường hợp này, chúng ta có điểm 1 và điểm 2 trong sơ đồ trên. Các đường ngang có độ dài khác nhau cho biết đây là pin và chúng còn chỉ ra hướng mà điện áp của pin này sẽ cố gắng đẩy các hạt mang điện qua một mạch.
Thực tế là các đường ngang trong biểu tượng pin xuất hiện tách biệt (và do đó không thể đóng vai trò là đường dẫn dòng điện tích) không có lý do gì đáng lo ngại: trong cuộc sống thực, những đường ngang đó đại diện cho các tấm kim loại được ngâm trong chất lỏng hoặc chất bán rắn không chỉ dẫn điện mà còn tạo ra điện áp để đẩy chúng đi theo tương tác với các tấm.
Chú ý dấu “+” và “-” nhỏ ở ngay bên trái của biểu tượng pin. Đầu âm (-) của pin luôn là đầu có dấu gạch ngang ngắn nhất và đầu dương (+) của pin luôn là đầu có dấu gạch ngang dài nhất. Đầu dương của pin là đầu cố gắng đẩy các hạt mang điện ra khỏi nó (hãy nhớ rằng theo quy ước, chúng ta nghĩ các hạt mang điện là mang điện tích dương, mặc dù các electron mang điện tích âm).
Tương tự như vậy, đầu cực âm là đầu cố gắng hút các hạt mang điện tích. Khi các đầu “+” và “-” của pin không được kết nối với bất kỳ thứ gì, sẽ có điện áp giữa hai điểm đó, nhưng sẽ không có dòng điện tích qua pin vì không có đường dẫn liên tục mà các hạt tải điện có thể di chuyển.
Điện áp bước là gì?
Điện áp bước là điện áp giữa hai chân người khi bước trên mặt đất trong vùng có điện.
Trong khu vực dây điện bị chạm đất, ứng với mỗi bước chân (từ 0,5 – 0,8m) có một hiệu điện thế là (là điện áp bước) đặt vào cơ thể. Khi ở trong khu vực có điện áp bước sẽ có dòng điện đi qua cơ thể người (từ chân nọ sang chân kia) làm cho người bị điện giật. Càng ở gần điểm chạm đất điện áp bước càng lớn càng nguy hiểm và ngược lại.
Điện áp danh định là gì?
Điện áp danh định là giá trị điện áp (đơn vị V) quy định trên danh nghĩa dùng để xác định hoặc nhận dạng điện áp của một hệ thống điện.
