Điện áp là gì?

Điện áp là gì?

Hiệu điện thế (còn được gọi là hiệu điện thế, suất điện động emf,) được định nghĩa là hiệu điện thế trên một đơn vị điện tích giữa hai điểm trong điện trường . Điện áp được biểu thị bằng toán học (ví dụ trong công thức) bằng ký hiệu “V” hoặc “E”.

Trong điện trường tĩnh, công cần thiết để di chuyển trên một đơn vị điện tích giữa hai điểm được gọi là hiệu điện thế. Về mặt toán học, điện áp có thể được biểu thị bằng,

Ở đâu, công việc hoàn thành được tính bằng jun và phí được tính bằng coulombs.

Chúng ta có thể định nghĩa hiệu điện thế là mức thế năng giữa hai điểm trong mạch.

Một điểm có tiềm năng cao hơn và các điểm khác có tiềm năng thấp hơn. Sự khác biệt về điện tích giữa điện thế cao hơn và điện thế thấp hơn được gọi là hiệu điện thế hay hiệu điện thế.

Hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế tạo ra lực cho các electron chạy qua mạch.

Điện áp càng cao thì lực càng lớn và do đó càng có nhiều electron chạy qua mạch. Nếu không có hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế, các electron sẽ di chuyển ngẫu nhiên trong không gian tự do.

Hiệu điện thế còn được gọi là lực căng điện. Ví dụ, khả năng xử lý điện áp của các loại cáp như 1 kV, 11 kV, 33 kV lần lượt được gọi là cáp căng thấp, cáp căng cao và cáp siêu căng.

Định nghĩa về sự khác biệt tiềm năng như là tiềm năng của điện trường

Như đã đề cập, hiệu điện thế được định nghĩa là hiệu điện thế trên một đơn vị điện tích giữa hai điểm trong điện trường. Hãy để chúng tôi mô tả điều này bằng cách sử dụng các phương trình.

Xét hai điểm A và B.

Điện thế của điểm A so với điểm B được định nghĩa là công được thực hiện trong việc di chuyển một điện tích trên một đơn vị từ điểm A đến B trong điều kiện có điện trường E.

Về mặt toán học, điều này có thể được biểu thị bằng,

Đây cũng là sự khác biệt tiềm ẩn giữa điểm A và B với điểm B là điểm tham chiếu. Nó cũng có thể được biểu thị bằng,

Bây giờ điện áp có thể là một khái niệm khá khó hiểu về mặt khái niệm.

Vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng một phép loại suy với một thứ gì đó hữu hình – một thứ gì đó trong thế giới thực – để giúp làm cho điện áp dễ hiểu hơn.

Hiểu điện áp bằng phép tương tự

“Phép tương tự thủy lực” là một phép tương tự phổ biến được sử dụng để giúp giải thích điện áp.

Trong tương tự thủy lực:

  • Điện áp hoặc thế điện tương đương với áp suất nước thủy lực
  • Dòng điện tương đương với tốc độ dòng nước thủy lực
  • Điện tích tương đương với một lượng nước
  • Một dây dẫn điện tương đương với một đường ống

Ví Dụ Tương Trưng 1

Hãy xem xét một bể nước như thể hiện trong hình dưới đây. Hình (a) cho thấy hai bể chứa cùng một mực nước. Vì vậy, nước không thể chảy từ bể này sang bể khác do không có sự chênh lệch áp suất.

Bây giờ, Hình (b) cho thấy hai bể chứa đầy các mức nước khác nhau. Do đó có một số chênh lệch áp suất giữa hai bể này. Như vậy, nước sẽ chảy từ bể này sang bể khác cho đến khi mực nước của cả hai bể trở nên bằng nhau.

Tương tự như vậy, nếu chúng ta nối hai pin qua dây dẫn với các mức điện áp khác nhau thì điện tích có thể chảy từ pin có điện thế cao hơn sang pin có điện thế thấp hơn. Do đó, pin có tiềm năng thấp hơn sẽ được sạc cho đến khi điện thế của cả hai pin trở nên như nhau.

í Dụ Tương Trưng 2

Xét một bể nước được đặt ở độ cao nhất định so với mặt đất. Có một vòi ở dưới cùng của bể như trong hình dưới đây.

Áp suất nước ở cuối ống tương đương với hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế trong mạch điện. Nước trong bể tương đương với điện tích. Bây giờ nếu chúng ta tăng lượng nước trong bể thì áp lực sẽ tăng lên ở cuối ống.

Ngược lại, nếu chúng ta xả một lượng nước nhất định khỏi bể thì áp suất tạo ra ở cuối vòi sẽ giảm. Chúng ta có thể coi bồn nước này giống như một cục pin dự trữ. Khi điện áp của pin giảm, đèn sẽ mờ hơn.

T í Dụ Tương Trưng 3

Hãy để chúng tôi hiểu làm thế nào công việc có thể được thực hiện bởi hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế trong một mạch điện. Một sự tương tự đơn giản giữa mạch nước thủy lực và mạch điện được thể hiện trong hình dưới đây.

Như được hiển thị trong mạch nước thủy lực, nước được chảy qua một đường ống được dẫn động bởi một máy bơm cơ khí. Một đường ống tương đương với dây dẫn trong mạch điện.

Bây giờ, nếu một máy bơm cơ học tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm, thì nước có áp suất sẽ có thể thực hiện công việc, chẳng hạn như điều khiển tuabin.

Tương tự, trong mạch điện, hiệu điện thế của pin có thể gây ra dòng điện chạy qua dây dẫn, do đó, công việc có thể được thực hiện bằng cách chạy dòng điện, chẳng hạn như thắp sáng đèn.

Điện áp được đo bằng (Đơn vị điện áp) là gì?

SI Đơn vị điện áp

Các đơn vị SI cho điện áp là vôn. Điều này được biểu diễn bằng V. Vôn là một đơn vị điện áp dẫn xuất trong hệ SI. Nhà vật lý người Ý Alessandro Volta (1745-1827), người đã phát minh ra cọc vôn, là pin điện đầu tiên do đó, đơn vị vôn được đặt tên để vinh danh chúng.

Vôn trong Đơn vị cơ sở SI

Vôn có thể được định nghĩa là hiệu điện thế giữa hai điểm trong một mạch điện làm tiêu hao một jun năng lượng trên mỗi khối điện tích đi qua mạch điện. Về mặt toán học, nó có thể được biểu thị bằng,

Do đó, vôn có thể được biểu thị theo đơn vị cơ sở SI là

hoặc 

.

Nó cũng có thể được đo bằng watt trên mỗi ampe hoặc ampe lần ohms.

Công thức điện áp

Công thức cơ bản cho hiệu điện thế được hiển thị trong hình dưới đây.

Tam giác công thức điện áp

Công thức điện áp 1 (Định luật Ôm)

Theo định luật Ohm, Điện áp có thể được biểu thị bằng,

ví dụ 1

Như hình vẽ bên dưới mạch điện có dòng điện 4 A chạy qua có điện trở 15 Ω. Xác định hiệu điện thế rơi trên toàn mạch.

Dữ liệu đưa ra: ,   

Theo định luật ohm,

Do đó, bằng cách sử dụng phương trình, chúng tôi nhận được điện áp giảm trên đoạn mạch 60 Vôn.

Công thức điện áp 2 (Công suất và dòng điện)

Công suất được chuyển là sản phẩm của điện áp cung cấp và dòng điện.

Bây giờ, đặt trong phương trình trên, chúng ta nhận được,

      (1) 

Như vậy, chúng ta nhận được điện áp bằng công suất chia cho dòng điện. Về mặt toán học,

Ví dụ 2

Như hình vẽ trong mạch dưới đây có dòng điện 2 A chạy qua đèn có công suất 48 W. Xác định hiệu điện thế nguồn.

Dữ liệu đưa ra:  

Theo công thức,

Do đó, bằng cách sử dụng phương trình, chúng tôi nhận được điện áp cung cấp 24 Volts.

Công thức điện áp 3 (Công suất và điện trở)

Theo phương trình (1), Điện áp là căn bậc hai của tích của công suất và điện trở. Về mặt toán học,

Ví dụ 3

Như hình vẽ trong mạch điện dưới đây, hãy xác định hiệu điện thế cần thiết để phát sáng một bóng đèn 5 W với điện trở của dòng điện là 2 Ω.

Dữ liệu đưa ra:  

Theo công thức,

Do đó, bằng cách sử dụng phương trình, chúng tôi nhận được điện áp cần thiết để phát sáng đèn 5W 2ohm 3,16 Vôn.

Ký hiệu mạch điện áp (AC và DC)

Biểu tượng của điện áp một chiều và điện áp xoay chiều được hiển thị trong hình dưới đây.

Ký hiệu điện áp AC

Ký hiệu điện áp AC

Ký hiệu điện áp DC

Ký hiệu điện áp DC

Kích thước điện áp

Hiệu điện thế (V) là biểu diễn của thế năng điện trên một đơn vị điện tích. ]

Kích thước của điện áp có thể được biểu thị bằng khối lượng (M), chiều dài (L), thời gian (T) và ampe (A) được cho bởi 

.

Lưu ý rằng một số cũng sử dụng I thay cho A để biểu thị dòng điện. Trong trường hợp này, thứ nguyên của điện áp có thể được biểu diễn bằng .

Cách đo điện áp

Trong một mạch điện và điện tử, một phép đo điện áp là một thông số thiết yếu cần được đo. Chúng ta có thể đo điện áp giữa một điểm cụ thể và mặt đất hoặc đường dây không vôn trên mạch.

Trong mạch 3 pha, nếu chúng ta đo điện áp giữa một pha bất kỳ từ điểm 3 pha và điểm trung tính thì nó được gọi là điện áp nối đất.

Tương tự, nếu chúng ta đo điện áp giữa hai pha bất kỳ từ 3 pha thì nó được gọi là điện áp đường dây.

Có nhiều dụng cụ khác nhau được sử dụng để đo điện áp. Chúng ta hãy thảo luận về nó từng cái một.

Phương pháp vôn kế

Có thể đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong hệ thống bằng vôn kế . Để đo hiệu điện thế, phải mắc song song vôn kế với linh kiện có hiệu điện thế cần đo.

Một dây dẫn của vôn kế phải được nối với điểm thứ nhất và một dây dẫn đến điểm thứ hai. Lưu ý rằng vôn kế không bao giờ được mắc nối tiếp.

Vôn kế cũng có thể được sử dụng để đo điện áp rơi trên bất kỳ thành phần nào hoặc tổng của điện áp rơi trên hai hoặc nhiều thành phần trong mạch. Hình ảnh dưới đây cho thấy kết nối vôn kế để đo điện áp trên điện trở.

Kết nối điện áp để đo điện áp trên điện trở

Một vôn kế tương tự hoạt động bằng cách đo dòng điện qua một điện trở cố định. Bây giờ, theo định luật ohm, dòng điện qua điện trở tỷ lệ thuận với hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế trên điện trở cố định. Như vậy, chúng ta có thể xác định được hiệu điện thế chưa biết. 

Một ví dụ khác về kết nối vôn kế để đo điện áp qua pin 9 V được thể hiện trong hình bên dưới.

Kết nối vôn kế để đo điện áp pin

Phương pháp vạn năng

Ngày nay, một trong những phương pháp phổ biến nhất để đo điện áp là sử dụng đồng hồ vạn năng. Đồng hồ vạn năng có thể là đồng hồ kim hoặc đồng hồ kỹ thuật số nhưng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được sử dụng phổ biến nhất vì độ chính xác cao hơn và giá thành rẻ.

Có thể đo đơn giản hiệu điện thế hoặc hiệu điện thế trên bất kỳ thiết bị nào bằng cách kết nối các đầu dò của đồng hồ vạn năng qua hai điểm tại đó điện áp cần đo. Việc đo điện áp của pin bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng được hiển thị trong hình dưới đây.

Kết nối vạn năng để đo điện áp pin

Phương pháp chiết áp

Các chiết hoạt động trên nguyên tắc của kỹ thuật cân bằng null. Nó đo điện áp bằng cách so sánh điện áp chưa biết với điện áp chuẩn đã biết. Mạch chiết áp để đo điện áp được hiển thị trong hình dưới đây.

Mạch chiết áp để đo điện áp không xác định

Các dụng cụ khác như máy hiện sóng, vôn kế tĩnh điện cũng có thể được sử dụng để đo điện áp.

Sự khác biệt giữa điện áp và dòng điện (Điện áp so với dòng điện)

Sự khác biệt chính giữa hiệu điện thế và dòng điện là hiệu điện thế là hiệu điện thế của các điện tích giữa hai điểm trong điện trường, trong khi dòng điện là dòng điện tích từ điểm này đến điểm khác trong điện trường.

Chúng ta có thể nói một cách đơn giản rằng điện áp là nguyên nhân của dòng điện chạy trong khi dòng điện là tác dụng của điện áp.

Hiệu điện thế càng cao thì càng có nhiều dòng điện chạy qua giữa hai điểm. Lưu ý rằng, nếu hai điểm trong mạch có cùng điện thế thì dòng điện không thể chạy qua. Độ lớn của hiệu điện thế và cường độ dòng điện phụ thuộc vào nhau.

Các khác biệt khác giữa điện áp và dòng điện được thảo luận trong bảng dưới đây.

VônDòng điện
Hiệu điện thế là hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường.Dòng điện là dòng điện tích giữa hai điểm trong một điện trường.
Đơn vị SI của điện áp là vôn.Đơn vị SI của dòng điện là ampe hoặc amp.
Ký hiệu của hiệu điện thế là V hoặc ΔV hoặc E.Kí hiệu của dòng điện là I.
Có thể đo điện áp bằng vôn kế.Dòng điện có thể được đo bằng cách sử dụng một ampe kế.
Trong đoạn mạch song song , độ lớn của hiệu điện thế không đổi.Trong một đoạn mạch nối tiếp, cường độ dòng điện không đổi.
Điện áp tạo ra một từ trường xung quanh nó.Dòng điện tạo ra một trường tĩnh điện xung quanh nó.
Kích thước của hiệu điện thế làKích thước của dòng điện là
Trong phép tương tự thủy lực, điện thế hoặc hiệu điện thế tương đương với áp suất nước thủy lực.Trong phép tương tự thủy lực, dòng điện tương đương với tốc độ dòng nước thủy lực.
Hiệu điện thế là nguyên nhân gây ra dòng điện chạy trong mạch.Dòng điện là tác dụng của hiệu điện thế.

Sự khác biệt giữa điện áp và dòng điện

Sự khác biệt giữa điện áp và sự khác biệt tiềm năng (Điện áp so với sự khác biệt tiềm năng)

Giữa hiệu điện thế và hiệu điện thế không chênh lệch nhiều. Nhưng chúng ta có thể mô tả sự khác biệt giữa chúng theo những cách sau.

Hiệu điện thế là mức năng lượng cần thiết để di chuyển một điện tích giữa hai điểm trong khi hiệu điện thế là hiệu giữa điện thế cao hơn của một điểm và điện thế thấp hơn của điểm kia.

Hiệu điện thế là điện thế thu được tại một thời điểm nào đó coi điểm chuẩn khác ở vô cùng. Trong khi hiệu điện thế là hiệu điện thế giữa hai điểm ở những khoảng cách hữu hạn tính từ điện tích. Về mặt toán học, chúng có thể được biểu thị bằng,

Nếu bạn muốn giải thích bằng video về điện áp, hãy xem video bên dưới:

Điện áp chung là gì?

Điện áp chung được định nghĩa là mức điện áp điển hình hoặc thông số của thiết bị hoặc thiết bị điện.

Dưới đây liệt kê danh sách điện áp chung cho các thiết bị hoặc dụng cụ điện khác nhau.

  • Ắc quy axit-chì dùng trong xe điện: 12 Vôn DC. Pin 12 V gồm 6 ô với hiệu điện thế chung của mỗi ô là 2,1 V. Chú ý mắc nối tiếp các ô để tăng định mức điện áp.
  • USB: 5 Volts DC.
  • Đường dây tải điện cao thế: 110 kV đến 1200 kV xoay chiều.
  • Đường dây điện trên tàu cao tốc (đầu kéo): 12 kV và 50 kV AC hoặc 0,75 kV và 3 kV DC.
  • Nguồn cung cấp TTL / CMOS: 5 Volts.
  • Một tế bào đơn, pin Nickel-cadmium có thể sạc lại : 1,2 Vôn.
  • Pin đèn pin: 1.5 Volts DC.

Điện áp chung do công ty phân phối cung cấp cho người tiêu dùng dân dụng là

  • 100 V, AC 1 pha ở Nhật Bản
  • 120 V, AC 1 pha ở Mỹ
  • 230 V, AC 1 pha ở Ấn Độ, Úc

Điện áp chung do công ty phân phối cung cấp cho các hộ tiêu thụ công nghiệp là

  • 200 V, 3 pha AC ở Nhật Bản
  • 480 V, 3 pha AC ở Mỹ
  • 415 V, 3 pha AC ở Ấn Độ

Các ứng dụng của điện áp

Một số ứng dụng của điện áp bao gồm:

  • Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của điện áp là xác định điện áp rơi trên một thiết bị điện hoặc thiết bị như điện trở.
  • Việc bổ sung Điện áp là cần thiết để tăng định mức điện áp. Do đó, các tế bào được kết nối nối tiếp để tăng định mức điện áp.
  • Điện áp là nguồn năng lượng cơ bản của mọi thiết bị điện và điện tử. Từ điện áp nhỏ, tức là, 5 V đến điện áp cao 415 V được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.
  • Điện áp thấp thường được sử dụng cho nhiều thiết bị điện tử và các ứng dụng điều khiển.
  • Điện áp cao được sử dụng cho
    • Để kiểm tra thiết bị điện
    • In tĩnh điện, Sơn tĩnh điện, Sơn tĩnh điện của vật liệu
    • Nghiên cứu vũ trụ học về không gian
    • Lọc bụi tĩnh điện (kiểm soát ô nhiễm không khí)
    • Phòng thí nghiệm động cơ phản lực
    • Ống tia X
    • Ống chân không khuếch đại công suất cao
    • Quang phổ khối lượng
    • Kiểm tra điện môi
    • Thử nghiệm thực phẩm và đồ uống
    • Các ứng dụng quay và phun điện, Chụp ảnh điện tử
    • Ứng dụng dựa trên plasma
    • Cảm biến mức độ
    • Nhiệt cảm ứng
    • Đèn nháy
    • SONAR, v.v. …

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Check Also
Close
Back to top button