Vôn kế là một phát minh mang tầm vĩ đại trong lịch sử thế giới với những công dụng cực kỳ hữu ích của nó. Dụng cụ này đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đo đạc và sửa chữa các thiết bị điện tử. Đồng thời, đây cũng là một từ khóa gắn liền với thời kỳ hoàng kim của tuổi học trò.
Thông tin tổng quan về thiết bị vôn kế
Không còn gì xa lạ, vôn kế chính là một thiết bị điện tử chuyên dùng để đo đạc chỉ số hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch trong một mạch điện. Xét về định nghĩa theo khoa học, đây là dụng cụ đo lường sự chênh lệch giữa hai đầu điện áp trong một bản mạch hay mạch điện tử.
Trong Vật Lý, vôn kế được xem là một vật dụng không thể thiếu cho những buổi thực hành, thí nghiệm của học sinh, sinh viên toàn thế giới. Bởi lẽ hầu hết các công thức, phép tính liên quan đến dòng điện đều cần phải có các chỉ số liên quan đến hiện điện thế, cường độ dòng điện và điện trở.
Không có đóng vai trò quan trọng trong lý thuyết, vôn kế còn đảm nhận một trọng trách vô cùng to lớn trong thực tiễn nghiên cứu. Các thợ điện đều cần đến dụng cụ hỗ trợ này để tìm ra vấn đề của các thiết bị điện trong nhà, từ đó đề ra giải pháp xử lý hiệu quả nhất.
Bên cạnh đó, vôn kế còn được ứng dụng với những tính năng mang tầm vĩ mô hơn. Trước đây, hầu hết các máy bay đều được trang bị dụng cụ này để đo chỉ số hiệu điện thế và suy ra vận tốc của một chuyến bay. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của từ trường Trái Đất nên hiện nay người ta không còn sử dụng nó nhiều nữa.
Giới thiệu một số loại vôn kế phổ biến hiện nay
Ngày nay, người ta sản xuất ra khá nhiều dòng sản phẩm vôn kế khác nhau để phù hợp cho nhu cầu sử dụng của con người. Mỗi loại sẽ có các công dụng, cấu tạo khác nhau, nhưng chung quy lại tất cả đều hoạt động với cùng một nguyên lý.
Một số loại vôn kế phổ biến hiện nay như: sắt, cảm ứng, tĩnh điện, chỉnh lưu, kỹ thuật số và nam châm vĩnh cửu. Hầu hết các loại thiết bị kể trên đều được cấu thành từ một bộ phận chính là gavano kế chịu trách nhiệm đo lường sự chênh lệch bên trong dòng điện.
Đối với những loại thông thường, kết quả hiển thị sẽ được ghi nhận bên trên bề mặt đồng hồ thông qua hướng chỉ của kim. Tuy nhiên, ngày nay người ta đã nghiên cứu và sản xuất ra một dòng sản phẩm hiện đại hơn, gọi là vôn kế số, tức là kết quả sẽ được hiện trên màn hình cảm ứng thông qua mạch chuyển đổi số DC.
Đơn vị và cách tính chuẩn xác của hiệu điện thế
Để ôn lại kiến thức Vật Lý cơ bản những năm trung học, các bạn có thể tham khảo qua một số thông tin bên dưới. Đây được xem là những công thức, bài tập phải “khắc cốt ghi tâm” trong quá trình học tập nên chắc hẳn nhiều bạn vẫn còn nhớ. Hãy cùng nhau xem lại đơn vị và cách tính của hiệu điện thế.
Đâu là đơn vị quốc tế của chỉ số hiệu điện thế?
Đơn vị đo được định nghĩa là một đại lượng tiêu chuẩn dùng để biểu thị một chỉ số nào đó theo các quy định chung của nghiên cứu khoa học. Theo quốc tế, đơn vị này phải được thể hiện với độ chính xác cao, đồng thời giảm thiểu mức độ sai số xuống thấp nhất thì mới được công nhận.
Hiện nay, trong bảng hệ thống đo lường quốc tế SI (System International), vôn kế hay hiệu điện thế sử dụng đơn vị chính thức là Volt, kí hiệu V. Mặc dù nó không nằm trong 7 đơn vị cơ bản nhưng vai trò của chỉ số này có sức ảnh hưởng không nhỏ đối với các hoạt động nghiên cứu thường ngày.
Bên cạnh đơn vị Volt, hiệu điện thế còn được tính bằng một số đơn vị có mối quan hệ mật thiết như nanovolt (nV), microvolt (µV), millivolt (mV), kilovolt (kV), megavolt (MV) và gigavolt (GV). Bạn có thể tham khảo qua bảng quy đổi đơn giản bến dưới để hiểu rõ hơn về quan hệ của các đại lượng trên:
- 1 nV (nanovolt) = 10-9 V.
- 1 µV (microvolt) = 10-6 V.
- 1 mV (millivolt) = 10-3 V.
- 1 kV (kilovolt) = 1 000 V.
- 1 MV (megavolt) = 1 000 000 V.
- 1 GV (gigavolt) = 1 000 000 000 V.
Hướng dẫn các công thức tính chỉ số vôn kế
Trên lý thuyết, có rất nhiều công thức liên quan đến chỉ số hiệu điện thế. Chính vì thế, trước khi muốn tính toán, chúng ta phải biết được mạch điện được cho đang nằm trong trường hợp nào. Từ đó suy ra các công thức tính chuẩn xác và phù hợp với khoa học nhất.
Nếu bạn đã quên hết phương pháp tính toán chỉ số vôn kế thì hãy cùng bài viết dưới đây ôn lại các kiến thức cơ bản nhất. Đừng quên chuẩn bị cho mình một cuốn sổ và một cây bút để ghi lại những thông tin hữu ích này!
Đối với đoạn mạch được mắc nối tiếp, tức các điện trở nối liền nhau thì hiệu điện thế được tính bằng công thức U = U1 + U2 + … + Un. Và ở đoạn mạch song song thì hiệu điện thế ở các đầu sẽ bằng nhau theo công thức U1 = U2 = … = Un. Đối với đoạn mạch hỗn hợp, U = U1 + U23, trong đó U23 = U2 = U3.
Bên cạnh các công thức cơ bản trên, hiệu điện thế còn có thể tính dựa vào các dữ kiện như điện trở, điện áp, công suất,… Một số công thức phổ biến mà bạn có thể tham khảo như: I = U/R, P = U.I, A = P.t = U.I.t, Q = I2.R.t và còn nhiều phương pháp khác nữa.
Cấu tạo chính thức của một thiết bị vôn kế
Như đã nói, trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại vôn kế với các chức năng chuyên biệt khác nhau, tuy nhiên ở đây chúng ta chỉ xét đến thiết bị thông dụng nhất, được gọi là analog. Đối với dụng cụ này sẽ có phần cấu tạo cơ bản chính bao gồm điện kế nhạy cảm, đồng hồ hiển thị, các nút hiệu chỉnh và hai đầu dây đo.
- Điện kế nhạy cảm thường được nối trực tiếp với phần điện trở cao bên trong thiết bị để làm gián đoạn dòng điện trong quá trình đo lường.
- Đồng hồ vôn kế hiển thị được thiết kế bằng kim hoặc bằng điện tử để chỉ ra kết quả của hiệu điện thế cần đo.
- Các nút hiệu chỉnh dùng để điều chỉnh, thay đổi các đại lượng đo hay đơn vị đo cho phù hợp với điện thế của từng thiết bị điện.
- Hai đầu dây đo của vôn kế được thiết kế với lớp bọc cách điện bên ngoài khá chắc chắn, có chức năng cắm vào hai đầu đoạn mạch của thiết bị điện để cảm ứng hiệu điện thế.
Nhìn chung, hầu hết các dụng cụ vôn kế trên thị trường hiện nay đều có các thành phần cấu tạo cơ bản khá giống nhau. Tùy vào mỗi loại mà nó sẽ có thêm các bộ phận khác để thuận tiện cho nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng. Vì vậy, trước khi sắm cho mình một chiếc đồng hồ điện năng, bạn cần phải nghiên cứu thật cẩn thận.
Nguyên lý hoạt động chung của các loại vôn kế
Để có thể sử dụng vôn kế một cách hiệu quả, trước hết bạn cần phải hiểu rõ các nguyên lý hoạt động của nó. Các linh kiện bên trong thiết bị này vận hành như thế nào và có điểm gì khác biệt so với các dụng cụ đo lường khác. Hãy cùng nhau khám phá nguyên tắc hoạt đoạn của dụng cụ này qua những thông tin bên dưới!
Các nguyên lý hoạt động và phạm vi thực hiện của vôn kế
Theo như những chia sẻ từ các nhà khoa học, vôn kế là một thiết bị được sử dụng để đo đạc phần chênh lệch giữa hai đầu điện thế bên trong một bản mạch. Khi sử dụng, đồng hồ điện năng này cần phải được mắc song song với thiết bị cần đo. Bởi vì khi mắc trực tiếp, kết quả đo sẽ hiển thị bằng 0.
Tức điều này đồng nghĩa với việc bản mạch điện đã bị hở và dòng điện không thể nào chạy qua được. Khi đó, vôn kế đo ra kết quả sẽ không được chính xác dẫn đến nhiều hệ lụy nghiên cứu sau này.
Một điểm cần lưu ý nữa là khi đo hiệu điện thế, bạn có thể đo tại bất kỳ vị trí nào trên bản mạch. Hiện tượng này có thể giải thích dựa vào công thức của đoạn mạch mắc song song bên trên, có nghĩa là U tại mọi điểm đều bằng nhau và bằng với U tại điểm nguồn.
Đối với các dòng vôn kế có mặt trên thị trường hiện nay, phạm vi đo lường của nó nằm ở mức tối đa là 1000 V đến 3000 V, các chỉ số này thường dùng để đo lường thiết bị có điện áp rất lớn. Còn đối với các thí nghiệm lý thuyết, người ta chỉ sử dụng đồng hồ để đo mức hiệu điện thế từ 1 V đến 15 V.
Cách sử dụng vôn kế chính xác và an toàn
Trước khi thực hiện đo lường, bạn cần xác định thiết bị cần đo có mức giới hạn hiệu điện thế là bao nhiêu để lựa chọn dụng cụ cho hợp lý. Tiếp đó, hãy gắn hai đầu dây của vôn kế lần lượt vào cực dương và cực âm của thiết bị. Nếu kết quả hiển thị chưa trả về số 0 thì hãy điều chỉnh vị trí kim chỉ hoặc reset đồng hồ điện tử.
Sau khi hoàn thành cách bước trên, hãy kiểm tra qua một lượt xem vị trí của các linh kiện đã đúng chuẩn chưa. Cuối cùng, bạn thực hiện đóng kín mạch điện để mở nguồn cho điện áp chạy qua. Khi đó, vôn kế sẽ thực hiện chức năng đo điện thế của mình và trả về kết quả bên trên màn hình hiển thị.
Ý nghĩa thực tiễn của dụng cụ đo lường vôn kế
Qua những thông tin trên đây, chắc chắn bạn đã phần nào nhớ lại những tính năng chủ yếu của một thiết bị vôn kế. Để cho bạn đọc hình dung rõ hơn về ứng dụng của thiết bị này trong thực tế, hãy đọc qua một vài ví dụ sau.
- Trên lý thuyết: Vôn kế dùng để đo sự chênh lệch giữa hai đầu điện áp trong đoạn mạch, được sử dụng trong các thí nghiệm, bài tập Vật lý, khoa học.
- Trên thực tế: Dùng để đo hiệu điện thế của phích cắm, thiết bị điện như ổ điện, quạt, nồi cơm để biết chúng đã hỏng hay chưa và tìm cách xử lý kịp thời.
Lời kết
Tổng kết lại, vôn kế là một vật dụng khá hữu ích và cần thiết trong đời sống thường nhật của con người. Bài viết trên đây đã chỉ ra chi tiết các công dụng, cấu tạo và ý nghĩa của dụng cụ này đối với thực tiễn. Hy vọng qua đó, bạn đọc cũng ôn lại được phần nào kiến thức cơ bản của thời học sinh.
