Bài 20: Điện thế

1. Kiến thức trọng tâm

Điện thế tại một điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường về mặt năng lượng, được xác định bằng tỉ số giữa thế năng điện của một điện tích $q$ đặt tại điểm đó và độ lớn của điện tích:

$$V_M = \frac{W_M}{q}$$

Đơn vị của điện thế là vôn ($\text{V}$). Điện thế là đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không tùy thuộc vào cách chọn mốc điện thế. Thông thường, người ta chọn điện thế tại vô cùng hoặc tại đất bằng không.

Hiệu điện thế giữa hai điểm $M$ và $N$ trong điện trường là hiệu giữa điện thế tại $M$ và điện thế tại $N$:

$$U_{MN} = V_M - V_N = \frac{A_{MN}}{q}$$

Hiệu điện thế không phụ thuộc vào mốc điện thế vì khi đổi mốc, điện thế tại mọi điểm đều thay đổi cùng một lượng.

Điện thế do một điện tích điểm $Q$ gây ra tại điểm cách nó một khoảng $r$ trong môi trường có hằng số điện môi $\varepsilon$ là $V = kQ/(\varepsilon r)$. Điện thế do nhiều điện tích điểm gây ra tại một điểm bằng tổng đại số các điện thế thành phần do từng điện tích gây ra tại điểm đó.

Mặt đẳng thế là mặt mà trên đó điện thế tại mọi điểm đều bằng nhau. Đường sức điện luôn vuông góc với mặt đẳng thế và hướng từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.

2. Ví dụ minh họa

Một điện tích điểm $Q = 6 \cdot 10^{-9}, \text{C}$ đặt trong không khí. Tính điện thế do $Q$ gây ra tại điểm $A$ cách $Q$ một khoảng $30, \text{cm}$.

Lời giải: Đổi $r = 0,3, \text{m}$, trong không khí $\varepsilon \approx 1$:

$$V_A = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{6 \cdot 10^{-9}}{1 \cdot 0,3} = \frac{54}{0,3} = 180, \text{V}$$

Điện thế tại $A$ bằng $180, \text{V}$.

3. Ghi nhớ

• Điện thế $V = W/q$, đơn vị vôn ($\text{V}$), là đại lượng vô hướng.
• Hiệu điện thế $U_{MN} = V_M - V_N = A_{MN}/q$, không phụ thuộc mốc điện thế.
• Điện thế do điện tích điểm: $V = kQ/(\varepsilon r)$; nhiều điện tích thì cộng đại số.
• Đường sức điện vuông góc với mặt đẳng thế, hướng từ nơi điện thế cao sang nơi điện thế thấp.