Điện thế và thế năng điện SVIP

1. THẾ NĂNG ĐIỆN. ĐIỆN THẾ

➤ Công của lực điện

 Chuyển động của điện tích dương \(q\) trong điện trường đều

Trong điện trường đều, công của lực điện khi dịch chuyển điện tích \(q\) từ điểm A đến điểm B được xác định bằng:

\(A_{AB}=qE\overline{A^{\prime}B^{\prime}}\)

Trong đó: \(\overline{A^{\prime}B^{\prime}}\) là độ dài đại số của đoạn A'B' (hình chiếu của đoạn AB trên một đường sức điện).

Với điện trường bất kì, công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của sự dịch chuyển. Do đó, lực điện là lực thế và điện trường là một trường thế.

 ➤ Thế năng điện

Thế năng điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi tác dụng lên điện tích $q$ đặt tại một điểm.

Số đo thế năng của điện tích $q$ tại điểm A trong điện trường khi chọn mốc thế năng tại vô cực bằng công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích $q$ từ điểm A tới vô cực:

\(W_{A}=A_{A\infty}\)

➤ Điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng.

\(V_{A}=\frac{A_{A\infty}}{q}\)

Trong đó:

• \(A_{A\infty}\) là công của lực điện để dịch chuyển một điện tích $q$ dương từ A ra vô cực.
• \(V_{A}\) là điện thế tại điểm A, chỉ phụ thuộc vào vị trí A và điện trường, không phụ thuộc vào điện tích $q$.

\(\rarr\) Thế năng tại điểm A tỉ lệ thuận với điện tích $q$.

Đơn vị của điện thế là vôn (V), kilôvôn (kV), 1kV = 1000 V.

 ➤ Hiệu điện thế

Hiệu điện thế \(U_{AB}\) đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường để dịch chuyển một đơn vị điện tích giữa hai điểm đó:

\(U_{AB}=V_{A}-V_{B}=\dfrac{A_{AB}}{q}\)

Trong hệ SI, hiệu điện thế có đơn vị là vôn (V).

❗ Lưu ý: Điện thế tại một điểm là giá trị hiệu điện thế giữa điểm đó với điểm được chọn làm gốc điện thế.

➤ Mối liên hệ giữa cường độ điện trường với hiệu điện thế

Cường độ điện trường tại một điểm có độ lớn được xác định bằng độ giảm điện thế trên mỗi đơn vị độ dài theo hướng của đường sức điện.

\(E=\dfrac{U_{AB}}{\overline{A^{\prime}B^{\prime}}}=\dfrac{U}{d}\)

Cách xác định dấu của \(\overline{A^{\prime}B^{\prime}}\):

• Nếu \(\overline{A^{\prime}B^{\prime}}\) cùng chiều với \(\overrightarrow{E}\): \(d=\overline{A^{\prime}B^{\prime}}>0\).
• Nếu \(\overline{A^{\prime}B^{\prime}}\) ngược chiều với \(\overrightarrow{E}\): \(d=\overline{A^{\prime}B^{\prime}}<0\).

2. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU

➤ Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu song song với vectơ cường độ điện trường

Chuyển động của electron song song với vectơ cường độ điện trường

Dưới tác dụng của lực điện, hạt electron chuyển động theo phương song song, ngược chiều với điện trường. Giả sử $v_0=0$ thì tốc độ của hạt tại bản dương là

\(v=\sqrt{\frac{2q_{e}Ed}{m}}\)

❗ Ứng dụng: Chuyển động này được ứng dụng trong hoạt động của máy gia tốc tuyến tính, sử dụng để xạ trị điều trị bệnh ung thư.

Sơ đồ nguyên lí của máy gia tốc tuyến tính dùng electron

➤ Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu vuông góc với vectơ cường độ điện trường

Chuyển động của electron trong điện trường đều

Trong trường hợp này quỹ đạo chuyển động của electron giống với quỹ đạo chuyển động của vật ném ngang (bỏ qua trọng lực).

- Trên phương Ox: electron chuyển động thẳng đều với tốc độ $v_0$.

- Trên phương Oy: Electron chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc ban đầu, với gia tốc \(\overrightarrow{a}=\frac{q_{e}\overrightarrow{E}}{m}\).