Bài 3: Hiệu điện thế là gì ? Sự khác nhau giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện

Đặc điểm cơ bản nhất của dòng điện là dòng của các hạt electron. Trong các thiết bị sử dụng điện thường ngày nhờ có các electron di chuyển tạo nên dòng điện mới có thể sử dụng được.

Do đó, khái niệm hiệu điện thế (hay còn gọi là điện áp) và cường độ dòng điện được dùng để mô tả cách các dòng electron hoạt động, mình thống nhất gọi các dòng electron là dòng điện luôn nhé:

Hiệu điện thế xác định sự khác biệt dòng điện ở hai điểm.
Cường độ dòng điện xác định tốc độ của dòng điện khi di chuyển từ điểm này qua điểm kia.

Ở trên là sự khác biệt cơ bản nhất của hai khái niệm này, bây giờ mình sẽ giải thích chi tiết từng khái niệm để bạn có thể phân biệt được.

Xem thêm:

Bài 2: Dòng điện xoay chiều là gì ? Ứng dụng của dòng điện xoay chiều

Bài 4: Điện trở là gì ? Khái niệm, ứng dụng từ A-Z

Hiệu điện thế là gì

Chúng ta định nghĩa hiệu điện thế là sự khác biệt dòng điện ở hai điểm phải không nào? Hai điểm ở đây có nghĩa là dòng điện sẽ đi từ một điểm này qua điểm kia, còn vị trí điểm bạn có thể chọn ở bất kỳ đâu trên đường dẫn dây điện, ví dụ bạn có thể giới hạn lại điểm bắt đầu dòng điện là từ cục pin và điểm kết thúc của dòng điện là bóng đèn chẳng hạn.

Thì, chắc chắn một điều là một điểm (cục pin) sẽ có nhiều năng lượng điện hơn một điểm còn lại (bóng đèn). Sự khác biệt giữa hai điểm này người ta gọi là hiệu điện thế. Đơn vị của hiệu điện thế là Vôn, kí hiệu là $V$ .

Một ví dụ kinh điển nhất để mô tả sự khác biệt giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện là ví dụ về hồ nước,

Với hình ở trên chúng ta giả sử:

Dòng điện là lượng nước có trong hồ.
Hiệu điện thế chính là áp lực của dòng nước đè xuống cái lỗ.

Bạn có thể tưởng tượng rằng, bể nước ở trên là nơi chúng ta lưu trữ dòng điện (ví dụ như pin). Lúc bể nước đầy (hay cục pin mới mua) thì áp lực nước trong hồ sẽ lớn, khi chúng ta để nước trong hồ chảy ra qua cái lỗ ở dưới (tức là đang sử dụng cục pin mới mua này), thì lượng nước tại vị trí trung tâm hồ sẽ lớn hơn lượng nước ở dưới cái lỗ (hay lượng điện tại cục pin sẽ lớn hơn lượng điện tại vị trí bóng đèn). Sau một thời gian sử dụng, lượng nước trong hồ sẽ cạn kiệt, lúc này lực ép của nước giảm xuống, tức là hiệu điện thế giảm dần, đến khi hiệu điện thế giữa hai điểm bằng nhau tức là không còn dòng điện nữa (hay còn gọi là hết pin).

Cường độ dòng điện

Khái niệm về hiệu điện thế có thể bạn có hơi chút khó hiểu nhưng khái niệm về cường độ dòng điện thì mình chắc chắn rằng bạn sẽ hiểu ngay vì cường độ dòng điện cũng giống như vận tốc vậy.

Cường độ dòng điện chỉ khác với vận tốc ở một chỗ là vận tốc tính quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian còn cường độ dòng điện tính số lượng dòng điện đi được trong một đơn vị thời gian.

Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampe, kí hiệu là $A$ . Mình sẽ tiếp tục lấy hồ nước làm ví dụ,

Tưởng tượng rằng có hai bể nước với thể tích nước (hay lượng năng lượng điện) là như nhau. Nhưng nếu một hồ nước bạn dùng ống xả to hơn hồ còn lại, thì chắc chắn rằng hồ nước có ống xả to hơn sẽ nhanh hết nước trước vì trong cùng một đơn vị thời gian lượng nước chảy qua ống xả này nhanh hơn.

Chú ý: Nhưng nếu hết nước thì có còn gì để chảy nữa không? Mà đã không còn gì để chảy nữa thì có thể tính được cường độ dòng điện hay không? Do đó, cường độ dòng điện sẽ phụ thuộc vào hiệu điện thế.

Mình sẽ tóm tắt lại một số ý chính để bạn có thể nắm:

Hiệu điện thế:

Định nghĩa: sự khác biệt điện áp giữa hai điểm
Ký hiệu: $U$
Đơn vị: $V$ – vôn
Mối quan hệ: hiệu điện thế tạo nên cường độ dòng điện, có hiệu điện thế mà không cần có cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện:

Định nghĩa: tốc độ của dòng điện khi đi từ điểm này tới điểm kia
Ký hiệu: $I$
Đơn vị: $A$ – ampe
Mối quan hệ: cường độ dòng điện được tạo ra bởi hiệu điện thế, không thể có cường độ dòng điện mà không có hiệu điện thế.

Điện thế là gì

Trong điện học, điện thế là trường thế vô hướng của điện trường; tức là gradien của điện thế là vectơ ngược hướng và cùng độ lớn với điện trường.

Cũng như mọi trường thế vô hướng, điện thế có giá trị tùy theo quy ước điện thế của điểm lấy mốc. Trong kỹ thuật điện và điện tử học, khái niệm hiệu điện thế hay điện áp thường được dùng khi so sánh điện thế giữa hai điểm, hoặc nói về điện thế của một điểm khi lấy điểm kia là mốc có điện thế bằng 1.

Như mọi trường vectơ có dạng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (ví dụ lực hấp dẫn), trường véctơ cường độ điện trường là một trường vectơ bảo toàn. Điều này nghĩa là mọi tích phân đường của vectơ cường độ điện trường E từ vị trí r₀ đến r:

$\int _{\mathbf {r} _{0}}^{\mathbf {r} }\mathbf {E} \cdot d\mathbf {r} '$