Vật Lý

Điện trường là gì ? Công thức và hướng của điện trường

Điện trường là một vùng bao quanh một hạt mang điện và tác dụng lực lên tất cả các hạt mang điện khác trong vùng lân cận. Nó được ký hiệu là ‘ E ‘ và đơn vị đo của nó được cho là ‘V / m’ (vôn trên mét). Điện tích và điện trường thuộc đơn vị 1 Tĩnh điện . Hãy cùng tham khảo chi tiết bên dưới đây với hocdientu nhé !

Điện trường là gì ? Công thức và hướng của điện trường
Điện trường là gì ? Công thức và hướng của điện trường

Điện trường là gì?

Xét hai điện tích điểm   và   đặt trong một hệ thống,  cách nhau một khoảng  . Điện tích   tác dụng lực lên điện tích  q  theo Định luật Coulomb. Để xác thực thực tế rằng lực tác động bất kể điện tích  q  được đặt hay không trong hệ, khái niệm ‘ Trường ‘ đã được thiết lập. Theo đó, ta nói rằng điện tích  Q  phát ra điện trường ở mọi nơi xung quanh nó và khi một điện tích  q khác  được đưa vào hệ, nó tác dụng lên nó để tạo ra một lực.

Điện trường là gì? 
Điện trường là gì?
  • Điện trường do điện tích  Q tạo ra  tại điểm  r  là:

Ở đây, r là một vectơ đơn vị cho điểm  r.

 

  • Lực  F  do điện tích  Q tác dụng  lên một điện tích   khác bằng:

Từ phương trình trên có thể suy ra rằng, nếu độ lớn của   được coi là là 1 thì Lực   trở nên bằng Điện trường   do chính điện tích  Q tạo ra.

Do đó, Điện trường  E  do điện tích   tại một điểm có thể được mô tả như lực mà một điện tích dương đơn vị sẽ chịu nếu đặt tại điểm đó. Ở đây,  Q  được gọi là điện tích nguồn trong khi bất kỳ điện tích   nào khác đặt trong vùng lân cận để thử tác dụng của nguồn được gọi là điện tích thử.

(LƯU Ý: Nếu điện tích nguồn là dương thì điện trường hướng xuyên tâm ra ngoài điện tích và nếu là điện tích âm thì điện trường hướng xuyên tâm vào trong.)


Định luật Coulomb liên quan như thế nào đến Điện trường?

Như đã đề cập trước đó, điện trường được phát ra bởi mọi hạt mang điện và tồn tại ở mọi nơi. Nó liên kết với từng điểm trong một hệ thống tích điện cô lập, nơi lực lượng của Coulomb phải chịu bởi một điện tích đơn vị. Định luật Coulomb phát biểu rằng, lực ” điện ” hoặc lực ” tĩnh điện ” giữa hai điện tích ” điểm ”  tỷ lệ thuận  với  tích  độ lớn của hai điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Nói cách khác, định luật Coulomb được sử dụng để tính độ lớn của điện trường trong một hệ tích điện cô lập.

Theo định luật Coulomb, lực  F  đối với hai điện tích  1  và  2  có khoảng cách   giữa chúng là:

Điện trường do lưỡng cực

Định luật Coulomb liên quan như thế nào đến Điện trường?
Định luật Coulomb liên quan như thế nào đến Điện trường?

Khi lưỡng cực ngắn và 2a << r, thì công thức trở thành,

 

Điện trường cuả đường dây

Sử dụng định luật Gauss, có thể dễ dàng tìm thấy điện trường do điện tích đường truyền. Nếu chúng ta coi một điện tích dòng có dạng một thanh tích điện mỏng với mật độ điện tích tuyến tính λ.

Để tìm cường độ điện tại điểm P cách thanh một khoảng r vuông góc, giả sử có một hình trụ tròn kín bên phải bán kính r và chiều dài l cùng với một đường sức dài vô hạn làm trục của nó. Vì tất cả các điểm đều ở cùng một khoảng cách từ điện tích đường, do đó độ lớn của cường độ điện trường tại mọi điểm trên mặt cong của bề mặt Gauss là như nhau. Do đó, bề mặt cong của hình trụ sẽ là :

 

Điện trường cuả đường dây
Điện trường cuả đường dây

Điện trường của vòng điện tích

Điện trường của một vòng điện tích trên trục của vòng có thể được tìm thấy bằng cách chồng các trường điện tích điểm của các phần tử điện tích nhỏ hơn. Hơn nữa, để tính toán điện trường của một đĩa tích điện, trường vòng có thể được sử dụng như một phần tử.

Ở đây, chúng tôi xác định trường tại điểm P trên trục của vòng. Trường dE dưới dạng phần tử điện tích dq được hiển thị và trường tổng là sự chồng chất của tất cả các trường như vậy vì tất cả các phần tử điện tích xung quanh vòng. Trong khi, các trường vuông góc tổng bằng 0, thành phần x vi phân của trường là

 

Điện trường của vòng điện tích
Điện trường của vòng điện tích

Điện trường do một hệ thống điện tích

Trong một hệ chứa các điện tích  1 , q , q 3 ,…, q n ,  với vectơ vị trí  1 , r 2 , r 3 ,…, r n ,  điện trường được cho là tổng các độ lớn của điện trường. trường được tạo ra bởi các điện tích riêng lẻ bằng cách sử dụng phương trình cho Điện trường và Nguyên lý chồng chất, tức là :

E (r) = E 1 (r) + E 2 (r) +… + E n ®


Ý nghĩa của điện trường

Nếu lực tác dụng lên một điện tích có thể được xác định trực tiếp bằng cách sử dụng Định luật Coulomb và Nguyên lý chồng chất, thì Điện trường cần là gì? Trong Tĩnh điện học, khái niệm điện trường làm giảm bớt quá trình định lượng nhưng không cần thiết, vậy tại sao lại đưa ra khái niệm Điện trường?

Một số lý do sau đây có thể được thiết lập để mô tả ý nghĩa của điện trường:

  • Nó cung cấp một cách đặc trưng cho môi trường điện của hệ thống các điện tích.
  • Nó cho biết lực chịu tác dụng của một đơn vị điện tích dương đặt tại một điểm cụ thể.
  • Nó là một trường vectơ dùng để chỉ một đại lượng được xác định tại mọi điểm trong không gian và có tính chất thay đổi, tức là nó thay đổi theo từng điểm.
  • Nó cho biết độ lớn và hướng của Lực điện.
  • Khái niệm Điện trường trở nên rất quan trọng và hữu ích khi các hiện tượng điện từ biến thiên theo thời gian xuất hiện, tức là khi chúng ta coi lực giữa hai điện tích cách nhau một khoảng trong một chuyển động có gia tốc.

Điện tích

Bạn đã bao giờ nghĩ tại sao mình lại bị sốc khi tiếp xúc với tay nắm cửa? Những trường hợp như vậy cần được giải mã vì chúng sẽ giúp bạn tìm hiểu về khái niệm điện tích. Nếu bạn đang phân tích pin, có hai ký hiệu, ‘+’ và ‘-.’ Điều này là do hai đầu này có nhiệm vụ truyền các điện tích âm và dương.

Điện tích là gì?

Benjamin Franklin, một nhà phát minh người Mỹ, người đã phát minh ra các tiêu chuẩn tích cực và tiêu cực của điện tích. Năm 1742, ông bắt đầu nghiên cứu về điện dẫn đến kết luận như vậy. Trước phân tích của Franklin, hầu hết mọi người đều cho rằng hiệu ứng điện xảy ra do sự hợp nhất của hai chất lỏng điện đa dạng (một âm và một dương).

Sau nhiều năm nghiên cứu và suy luận, khái niệm điện tích đã được củng cố và được tích cực giảng dạy cho người dân toàn cầu. Cần biết rằng đơn vị tính điện tích là coulomb (C); được đặt theo tên một nhà vật lý người Pháp thế kỷ 18, Charles-Augustin Coulomb.

Ông là người đã thiết lập luật có nội dung: “như những lời buộc tội đẩy lùi; không giống như phí thu hút. ” Bạn có thể định nghĩa coulomb là lượng điện tích được chuyển bởi một dòng ampe trong khoảng thời gian một giây.

 


Giới thiệu về Proton & Electron


Giới thiệu về Proton & Electron
Giới thiệu về Proton & Electron

Phần lớn điện tích chứa các proton và electron trong nguyên tử. Điện tích âm được mang bởi các electron, trong khi các proton mang điện tích dương. Điều quan trọng là phải biết rằng các electron và proton hút nhau; Coulomb đã khẳng định như một khái niệm tiêu chuẩn về “lực hút đối lập”.

Các proton và electron giúp phát triển điện trường, lực này tác dụng một lực gọi là lực Coulomb. Lực này được biết đến là lực tỏa ra bên ngoài theo mọi hướng. Vì proton thường bị giới hạn trong các hạt nhân được cấy bên trong nguyên tử, nên chuyển động của chúng không tự do so với các electron.

Do đó, bất cứ khi nào có câu hỏi liên quan đến điện tích, nó luôn chỉ ra sự dư thừa hay thiếu hụt electron. Trong trường hợp mất cân bằng, có thể trải qua quá trình tạo ra dòng điện.

 


Những câu hỏi ví dụ

Câu hỏi: Sử dụng phản ứng hạt nhân, hiện tượng gì xảy ra với điện tích? (2 điểm)

Trả lời: Trong trường hợp xảy ra phản ứng hạt nhân, điện tích được bảo toàn khi xét trong một hệ cô lập. Điều này đúng đối với bất kỳ phản ứng hạt nhân hoặc phản ứng hóa học nào, trong đó điện tích thuần không đổi. Nói một cách chính xác, đại số của các điện tích cơ bản không đổi.

Câu hỏi: Giải thích phát biểu: ‘Đối với một Vật thể, một điện tích được lượng tử hóa. (2 điểm)

Trả lời: Xét một vật thể cụ thể, ‘điện tích được lượng tử hóa’ đề cập đến số lượng electron cơ bản có thể chuyển từ vật thể đó sang vật thể khác. Cần lưu ý rằng phí vận chuyển không bị ảnh hưởng. Do đó, điện tích tổng thể được kiểm soát bởi một Vật thể chỉ đơn giản là bội số cơ bản của điện tích.

Câu hỏi: Ví dụ về điện trường là gì? (2 điểm)

Trả lời: Khi bạn chà xát một chiếc lược với các sợi tóc của mình, có một sự truyền điện tử rất nhỏ đến chiếc lược, dẫn đến việc chiếc lược mang điện tích âm và vì chiếc lược có thêm điện tích âm, nó tạo ra điện trường thuần của nó gây ra các điện tích ngược chiều. bản chất đến các mảnh giấy nhỏ và đây là cách điện trường đằng sau lực hút trong hiện tượng này.

Câu hỏi: (i) Giải thích ý nghĩa của phát biểu ‘điện tích của một vật được lượng hóa’.
(ii) Tại sao người ta có thể bỏ qua việc định lượng điện tích khi xử lý các điện tích vĩ mô, tức là các điện tích quy mô lớn? (3 điểm)

Trả lời: (i) ‘Điện tích của một Vật thể được lượng tử hóa’ có nghĩa là chỉ những số electron tích phân (1, 2,… n) mới có thể được chuyển từ một Vật thể sang một Vật thể khác.

Các khoản phí không thể được chuyển thành phần nhỏ. Do đó, tổng điện tích của một Vật thể chỉ bằng bội số tích phân của điện tích.

(ii) Trong trường hợp điện tích quy mô lớn hoặc vĩ mô, điện tích được sử dụng ở đó tương đối quá lớn so với độ lớn của điện tích. Do đó, ở mức độ vĩ mô, lượng tử hóa điện tích không có ích lợi gì. Do đó, nó bị bỏ qua và điện tích được coi là liên tục.

Câu hỏi: Khi cọ xát một thanh thủy tinh với một miếng vải lụa, cả hai đều xuất hiện các điện tích. Hiện tượng tương tự cũng được quan sát với nhiều cặp Vật thể khác. Giải thích cách nhận xét này phù hợp với định luật bảo toàn điện tích. (3 điểm)

Trả lời: Khi hai vật cọ xát vào nhau, trên hai vật thể sẽ phát sinh điện tích. Các điện tích này bằng nhau nhưng ngược chiều về bản chất. Và hiện tượng cảm ứng điện tích này được gọi là sạc do ma sát. Điện tích thực trên cả hai vật thể bằng 0 và lý do đằng sau nó là một lượng điện tích bằng nhau đẩy nó đi. Khi ta dùng vải lụa cọ xát một thanh thủy tinh, thì ở đó sẽ sinh ra điện tích có độ lớn ngược chiều nhau. Hiện tượng này phù hợp với định luật bảo toàn cơ năng. Hiện tượng tương tự cũng được quan sát với nhiều cặp Vật thể khác.

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button