Bạn đã biết gì về khái niệm điện áp? Có những loại điện áp nào và làm thế nào để đo được chỉ số này? Trong thực tế bạn đã thường xuyên nhìn thấy cách hiệu điện thế được tạo ra do tự nhiên hoặc cưỡng bức. Hiểu thêm về cách hoạt động của dòng điện sẽ giúp bạn sử dụng các thiết bị điện hợp lý hơn. Theo dõi bài viết dưới đây để hiểu thêm về một số khái niệm liên quan đến hiệu điện thế nhé!
Thông tin chung về điện áp
Điện áp (hay hiệu điện thế) là một loại lực điện từ được ký hiệu là V, đo bằng đơn vị chuẩn là vôn theo hệ SI. Về cơ bản, đây là khái niệm chỉ là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực. Khi cường độ hiệu điện thế cao đồng nghĩa với dòng điện chạy qua mạch lớn và ngược lại, cường độ hiệu điện thế thấp thì dòng điện chạy qua mạch nhỏ hơn.
Có hai loại hiệu điện thế chính là điện xoay chiều và điện một chiều có cấu tạo khác nhau. Theo đói, điện xoay chiều sẽ đổi cực khi hoạt động còn điện một chiều thì không. Đo điện áp giữa hai điểm A và B của mạch (ký hiệu là UAB) theo công thức sau: UAB = VA – VB = -UBA
Nếu có thông số về cường độ dòng điện và điện trở cũng có thể tính ra hiệu điện thế bằng công thức: U = I.R. Trong đó: U là hiệu điện thế của đoạn mạch, I là cường độ dòng điện và R là điện trở.
So sánh khác nhau giữa hiệu điện thế và dòng điện
Nhiều người vẫn chưa phân biệt được đâu là điện áp, đâu là dòng điện vì cho rằng chúng giống nhau. Thực chất đây là hai khái niệm khác nhau vì hiệu điện thế là nguyên nhân còn dòng điện là tác dụng. Những điểm khác nhau cụ thể đã được tổng hợp ở phần dưới.
Những điểm khác nhau cơ bản của điện áp và dòng điện
- Điện áp là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực trong khi đó dòng điện là dòng của các điện tích giữa một điểm thuộc một điện trường.
- Theo hệ SI (Đơn vị đo tiêu chuẩn quốc tế), hiện điện thế được đo bằng Vôn còn dòng điện sẽ đo bằng ampe.
- Tính toán điện áp dựa trên công thực hiện với điện tích còn cách tính dòng điện là dùng tỷ lệ giữa điện tích với thời gian.
- Hiệu điện thế sẽ tạo ra từ trường xung quanh nó còn dòng điện sẽ làm sản sinh trường tĩnh điện xung quanh nó.
- Sự sụt giảm hiệu điện thế có nguyên nhân chính là do trở kháng của mạch còn phần tử thụ động (tương tự như điện trở của mạch) mới là nguyên nhân của sụt giảm dòng điện.
- Về cách đo đạc, điện áp sẽ được đo bằng Vôn kế và có thể đo ở bất cứ điểm nào. Nhìn chung thao tác đo khá dễ dàng vì không cần làm gián đoạn đoạn mạch để đặt các cực đo. Trong khi đó muốn đo dòng điện cần dùng Ampe kế và dây dẫn, thao tác sẽ phức tạp hơn do phải tạo đứt mạch để đặt đầu nối.
Giải thích sự khác nhau theo định luật Ohm
Theo định luật Ohm, hiệu điện thế sẽ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện. Và điện áp sẽ xảy ra do sự tích tụ các điện tích ở các cực, chỉ cần kết nối đầu cuối bằng một dây dẫn thì sẽ thấy dòng điện bắt đầu chạy. Chính sự chênh lệch hiệu điện thế giữa các đầu cuối này là nguyên nhân hiệu điện thế gây ra dòng điện trong mạch.
Điện áp hoàn toàn có thể tồn tại mà không tạo ra dòng điện nhưng dòng điện chỉ có thể xuất hiện khi có hiệu điện thế. Tóm lại, hãy xem hiệu điện thế là nguyên nhân của dòng điện và nó tạo ra một tác dụng là sản sinh dòng điện.
Một số khái niệm cơ bản liên quan đến điện áp
Khi tìm hiểu về hiệu điện thế không chỉ có khái niệm nói chung mà bạn cũng nên xem xét những yếu tố có liên quan. Cần hiểu được bản chất của điện tích và dòng điện, cách mà điện áp xuất hiện thì mới ứng dụng nó một cách đúng đắn.
Cách điện tích được tạo ra
Nếu có sự mất cân bằng các electron giữa các nguyên tử thì sẽ xuất hiện một lực giữa 2 vật liệu. Tuy nhiên các electron không thể di chuyển từ vật này sang vật khác nên lực xuất hiện chỉ có thể hút hai vật lại với nhau.
Lúc này chỉ cần dùng một vật chất dẫn điện làm cầu nối thì sẽ định hướng điện tử chuyển động. Chúng sẽ đi thống nhất bằng một đường qua dây và nhanh chóng làm điện trường khu vực đó trung hòa. Điện tích liên quan đến điện áp đã xuất hiện giữa hai vật liệu này có khả năng tích trữ một lượng năng lượng đáng kể.
Trong khi đó các electron không có quá nhiều điểm khác biệt nên hoàn toàn có thể len lỏi vào cấu trúc của nhau. Sau quá trình này các electron sẽ tìm cách thiết lập lại vị trí ban đầu. Lúc đó lực thu hút các electron trở lại vị trí cũ gần giống cách hoạt động của lực hấp dẫn tác dụng lên nước trong bể chứa.
Năng lượng tiềm năng
Ở trạng thái tĩnh, năng lượng tích trữ ở các hạt mang điện tích được gọi là thế năng. Sự mất cân bằng điện tích có khả năng giải phóng năng lượng. Nhưng điện tích tĩnh (tĩnh điện) không cho thấy năng lượng đang được lưu trữ một cách rõ ràng. Bạn chỉ phát hiện chúng khi có đủ điện tử di động để trung hòa điện tích. Tức là năng lượng tích trữ đó sẽ được giải phóng, con người có thể nhận ra bằng một cú sốc điện do có dòng điện tích đột ngột xuất hiện.
Tóm lại, năng lượng tiềm năng của các hạt mang điện nếu được lưu trữ dưới dạng mất cân bằng điện tích. Đồng thời có điều kiện kích thích các hạt tải điện chạy qua vật dẫn thì người ta sẽ gọi là điện áp. Về mặt kỹ thuật nó được dùng làm thước đo năng lượng tiềm năng có trong một đơn vị điện tích.
Định nghĩa điện áp trong tĩnh điện và trong nguồn điện
Xét trong tình huống tĩnh điện: Hiệu điện thế là số năng lượng cần thiết (thế năng) để di chuyển một đơn vị điện tích từ vị trí này sang vị trí khác. Lưu ý hoạt động này xảy ra liên tục dưới sự nỗ lực để điện tích về trạng thái cân bằng
Xét trong nguồn điện: Hiệu điện thế là lượng thế năng sẵn có trong một đơn vị điện tích sẽ giúp chuyển các điện tích qua vật dẫn điện.
Tạo ra điện áp
Có nhiều cách để tạo ra điện áp nhưng nguyên tắc cung là làm xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa hai cực. Đơn giản như cọ xát một số loại vật liệu với nhau hay phức tạp hơn là dựa vào các phản ứng hóa học, năng lượng bức xạ cho đến ảnh hưởng của từ tính đối với các chất dẫn điện nhằm tạo ra hiệu điện thế.
Ba nguồn điện áp được tạo ra bằng những công thức khác nhau là: Pin, pin năng lượng mặt trời và máy phát điện. Nó cũng có thể được tạo ra một cách tự nhiên khi hàng trăm triệu hiệu điện thế được tạo ra từ đám mây khi có ma sát hình thành tia sét. Ở đầu nguồn điện người ta sẽ tạo ra mức hiệu điện thế lớn hơn tiêu chuẩn để đảm bảo những hao phí trên đường truyền điện sẽ được bù đắp lại.
Như vậy khi đến thiết bị điện cuối cùng thì hiệu điện thế vẫn đủ tiêu chuẩn để nó hoạt động được. Lưu ý là một số đồ điện sản xuất ở các quốc gia khác nhau sẽ có hiệu điện thế khác nhau (tùy vào hiện điện thế đang được dùng ở quốc gia đó. Vì thế đôi lúc bạn phải có thiết bị hỗ trợ để giảm tải điện áp mới có thể sử dụng đồ điện bình thường.
Hiệu điện thế hoạt động và tạo ra điện như thế nào?
Nguồn điện áp lý tưởng được cho là sẽ duy trì hiệu điện thế cố định và độc lập với điện trở. Nhưng xét trong thực tế thì nguồn điện áp không thể tạo ra một dòng điện vô hạn. Dễ dàng thấy được nguồn năng lượng điện đang được dùng trong thế giới thực đều hữu hạn. Ví dụ như máy phát điện hay pin đã được mô hình hóa đồng thời kết hợp bổ sung của các yếu tố trở kháng để làm một nguồn hiệu điện thế ý tưởng.
Nguồn điện áp công nghiệp được tạo ra để cung cấp điện cho người tiêu dùng (những hộ gia đình, xưởng sản xuất,…) kết nối vào lưới điện. Trên lý thuyết thì hiệu điện thế là gần cố định, hiệu điện thế của lưới điện sinh hoạt tại Việt Nam được duy trì ở mức 170 đến 240V.
Các nguồn phát điện thường có ký hiệu “+” và “-”. Cụ thể, đầu dương là nơi cố gắng đẩy các hạt mang điện ra và ngược lại đầu dương luôn cố gắng hút các hạt mang điện tích vào. Nếu giữa hai đầu không được kết nối với bất kỳ thứ gì vẫn có hiệu điện thế nhưng không có dòng điện. Cần sử dụng những thứ tương tự như dây dẫn để các hạt tải điện có thể di chuyển và tạo ra dòng điện.
Thế nào là điện áp bước?
Điện áp bước là hiệu điện thế được đo giữa hai chân người trong trạng thái bước đi trên mặt đất trong vùng có điện. Tức là trong khu vực dây điện bị chạm đất, người ta sẽ đo được một hiệu điện thế ứng với mỗi bước chân (từ 0,5 – 0,8m) mà cơ thể phải nhận. Những người đi vào khu vực này sẽ bị điện giật do có dòng điện đi qua cơ thể từ chân này sang chân kia. Nếu bạn ở gần điểm chạm đất thì điện áp bước đo được càng lớn và có mức độ nguy hiểm cao. Tuyệt đối chú ý khi khu vực xung quanh nghi ngờ có dây điện chạm đất nhé!
Lời kết
Bài viết vừa rồi đã chia sẻ những thông tin từ tổng quan đến chi tiết về điện áp để bạn hiểu hơn về khái niệm này. Chắc hẳn nhiều người đã biết hầu hết những thiết bị điện gia dụng tại Việt Nam có thông số điện áp là 220V nhưng không phải ai cũng hiểu ý nghĩa của nó. Hiệu điện thế có vai trò quan trọng để tạo nên dòng điện phục vụ cho đời sống con người. Cần có kiến thức nền tảng về những khái niệm liên quan để ứng dụng dòng điện một cách hiệu quả nhất.
