Vật Lý

Định luật Coulomb là gì ? Định luật Coulomb công thức và bài tập

Định luật Coulomb phát biểu rằng lực hút hoặc lực đẩy giữa hai vật mang điện tỷ lệ thuận với tích điện tích của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật.  Định luật Coulomb được đưa ra bởi Nhà vật lý người Pháp, Charles Augustin de Coulomb vào năm 1784. Ông đo lực giữa hai điện tích điểm và đặt ra mối quan hệ giữa hai vật mang điện. Phương trình được gọi là Định luật Coulomb hoặc Định luật nghịch đảo bình phương Coulomb. Hãy tham khảo với hocdientu nhé !

Định luật Coulomb là gì ? Định luật Coulomb công thức và bài tập
Định luật Coulomb là gì ? Định luật Coulomb công thức và bài tập

Công thức định luật Coulomb

Hãy coi hai vật mang điện tích q 1 và q 2 . Khoảng cách giữa hai điện tích này là “r”, và lực hút / đẩy giữa các vật là “F”.

Công thức định luật Coulomb
Công thức định luật Coulomb

Do đó, Công thức Coulomb được đưa ra như sau:

F ∝ q 1 q 2 / r 2 , hoặc

F = kq 1 q 2 / r 2

Trong đó “k” là hằng số và giá trị của nó bằng

Do đó, lực tĩnh điện giữa hai lực trở thành (Biểu thức định luật Coulomb về tương tác)

  • Ở đây, ε 0 là hằng số điện môi của không gian
  • ε r là hằng số điện môi tương đối của môi trường
  • Ngoài ra, hãy xem xét giá trị của ε 0 = 8,854 × 10 -12 C 2 N -1 m -2
  • Do đó, k = 9 × 10 9 Nm 2 / C 2

Dạng vectơ của định luật Coulomb

Các đại lượng vật lý đều ở dạng vô hướng hoặc dạng vectơ . Vì lực là một đại lượng vectơ, nên Định luật Coulomb có thể được phát biểu ở dạng vectơ

Dạng vectơ của định luật Coulomb
Dạng vectơ của định luật Coulomb

Dạng vectơ của Định luật Coulomb như sau

1 Culông

1 Coulomb (1 C) là điện tích khi đặt một điện tích điểm cách điện tích điểm khác có cùng độ lớn 1m trong chân không với lực đẩy nhau 9 × 109 N.

Giá trị của ε 0 = 8,86 × 10 -12 F / m hoặc 8,86 × 10 -12 C 2 N / m 2 .

Nguyên tắc chồng chất

Định luật Coulomb thỏa mãn nguyên tắc chồng chất, có nghĩa là lực giữa hai hạt không bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của các điện tích khác . Điều này giúp tìm ra lực do các hạt mang điện khác tác dụng lên một hạt mang điện.

Lực tác dụng lên hạt mang điện q 0 do các điện tích q 1 , q 2 và q 3 gây ra, là lực thuần do các điện tích điểm riêng lẻ.

Nguyên tắc chồng chất
Nguyên tắc chồng chất

Hạn chế của Định luật Coulomb

Luật Coulomb không thể được sử dụng một cách tự do như các luật khác vì nó được suy ra theo một số giả định nhất định. Dưới đây là một số hạn chế của định luật Coulomb:

  • Công thức chỉ có thể được áp dụng cho các điện tích tĩnh (ở vị trí nghỉ).
  • Việc áp dụng định luật Coulomb khi các điện tích có hình dạng bất thường là khá phức tạp, vì rất khó xác định khoảng cách giữa các điện tích trong trường hợp này. Tuy nhiên, đối với các hình dạng thông thường, luật có thể được sử dụng một cách dễ dàng.
  •  Công thức Coulomb chỉ đúng khi phân tử dung môi giữa các hạt lớn hơn cả hai vật thể tích điện.
  • Luật không thể được thực hiện trực tiếp để tìm điện tích trên các hành tinh lớn.

Cách áp dụng Định luật Coulomb

Định luật Coulomb có thể được thực hiện trong các trường hợp sau.

  • Để tính khoảng cách hoặc lực giữa hai điện tích điểm
  • Để tính lực tác dụng lên một điểm do một số điện tích điểm khác gây ra.
  • Để tính cường độ của Điện trường . Công thức tính điện trường theo định luật Coulomb như sau:

E = F / Q (N / C)

Trong đó, E = Cường độ điện trường

F = Lực tĩnh điện

Q = Điện tích kiểm tra trong Coulomb

 

Làm bài tập định Luật Coulomb như thế nào ?

Dưới đây là các bước bạn có thể làm theo để giải quyết các vấn đề về Luật Coulomb:

  1. Xác định xem lực do điện tích là lực hút hay lực đẩy và biểu diễn nó bằng cách vẽ một vectơ hướng về hoặc ra xa điện tích tương ứng.
  2. Xác định độ lớn của lực bằng cách sử dụng định luật Coulomb (không xét dấu hiệu của điện tích).
  3. Giải các lực với trục tọa độ đã cho và biểu diễn chúng dưới dạng vectơ bằng cách sử dụng là ký hiệu véc tơ đơn vị.
  4. Áp dụng nguyên lý chồng chất để tìm lực tịnh tiến lên điện tích.

Những điều cần ghi nhớ

  1. Khi lực tác dụng giữa hai điện tích trong các phương tiện khác nhau đối với các phân cách khác nhau thì F =  = hằng số
  2. Nếu lực giữa hai điện tích ở khoảng cách “r 0 ” trong chân không bằng lực giữa các điện tích giống nhau ở khoảng cách “r” trong môi trường, thì định luật Coulomb được cho là: Kr 2 = Kr 2
  3. Hai dây dẫn giống nhau có điện tích q1 và q2 đặt tiếp xúc với nhau rồi tách ra. Điện tích do mỗi chúng sinh ra bằng q1 + q2 / 2. Ngoài ra, khi các điện tích là q1 và – q2 thì mỗi chúng sẽ sở hữu điện tích bằng q1 – q2 / 2.
  4. Hai dây dẫn hình cầu có điện tích q1 và q2 và bán kính r1, r2 được đặt tiếp xúc với nhau rồi tách ra. Điện tích sau khi tiếp xúc của các vật dẫn này sẽ là: q1 = [r1 / (r1 + r2)] (q1 + q2) và q2 = [r2 / (r1 + r2)] (q1 + q2)
  5. Đối với các điện tích q1 và – q2,
  6. Đối với hai electron và hai proton cách nhau một khoảng thì Lực điện / Lực hấp dẫn = 10 42
  7. Mối quan hệ giữa vận tốc ánh sáng, độ từ thẩm của chân không và độ cho phép của chân không, được ký hiệu là

Bài tập định luật Coulomb

Câu hỏi. Hai điện tích 1 C và -3 C đặt cách nhau 3 m. Lực hút giữa hai điện tích này sẽ như thế nào?

Trả lời: Đây,

q1 = 1 C và q2 = -3 C

Ngoài ra, r = 3 m

Do đó, sử dụng Định luật Coulomb và thay các giá trị trên vào phương trình, chúng ta nhận được,

= (9 x10 9  x1 x 3) / 3 2

F = 3 x 10 9 Newton

Câu hỏi. Một điện tích dương 6 10 -6 C cách điện tích dương thứ hai là 0,040 m cách 4 10 -6 C. Tìm lực tác dụng giữa các điện tích này.

Trả lời : Cho rằng, q1 = 6 10-6 C và q2 = 4 10 -6 C

Và, r = 0,040 m

Câu hỏi. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên của lực coulomb (F) v / s 1 / r 2 trong đó r là khoảng cách giữa 2 điện tích của mỗi cặp điện tích: (1 μC, 2 μC) và (2 μC, -3μC). Giải thích các đồ thị thu được. (CBSE AI 2011, 2 điểm)

Trả lời: Theo định luật coulomb, lực thay đổi trực tiếp với (1 / r 2 ). Do đó cả hai đồ thị thu được sẽ là đồ thị đường thẳng. Sự khác biệt duy nhất sẽ là ở độ dốc của đồ thị.

Giải thích đồ thị:

(i) Trong cặp (1 μC, 2 μC), lực đẩy tăng khi giảm khoảng cách giữa các điện tích.

(ii) Trong cặp (2 μC, -3μC), lực hút tăng khi khoảng cách giữa các điện tích giảm.

Câu hỏi. Vô số điện tích, mỗi điện tích q, được đặt dọc theo trục X tại các x = 1 m, 3 m, 9 m, v.v. Tính điện trường tại x = 0 m do tất cả các điện tích này gây ra. (CBSE Delhi 2009, 2 điểm)

Trả lời: Chuỗi phí này sẽ tạo thành GP vô hạn. Xét hệ thống có khoảng cách r1, r2, …. r∞. Trường tại x = 0 có thể được viết là:

Câu hỏi. Xét một hệ gồm n điện tích q , q …. q với các vectơ vị trí r 1 , r 2 , r 3 … .r n so với gốc tọa độ nào đó ‘O’. Suy ra biểu thức của điện trường thuần E tại điểm P có vectơ vị trí r do hệ điện tích này tạo ra. (CBSE Nước ngoài 2015, 5 điểm)

Trả lời: Hãy xem xét một hệ thống các điện tích điểm như trong hình bên. Gốc của hệ này là ‘O’ và khoảng cách là r 1 , r 2 , r 3 … .r n

Câu hỏi. Hai điện tích điểm có các điện tích bằng nhau cách nhau 1m thì chịu một lực 8 N. Lực tác dụng của chúng sẽ như thế nào nếu chúng được giữ trong nước ở cùng một khoảng cách? (Cho trước, K nước = 80). [CBSE All India 2010 C] [2 điểm]

Trả lời: Từ định luật coulomb,

Vì, điện tích và quãng đường không thay đổi và r = 80,

trung bình / F nước = k

Do đó, F nước = 8/80 = 1/10 N

Câu hỏi. Hai vỏ cầu bằng kim loại giống nhau A và B có điện tích + 40 và -10 C được đặt cách nhau một khoảng nhất định. Một quả cầu thứ ba giống hệt nhau không tích điện C lần đầu tiên được đặt tiếp xúc với quả cầu A và sau đó với quả cầu B, sau đó hai quả cầu A và B được đưa tiếp xúc với nhau rồi tách ra. Tìm điện tích trên các quả cầu A và B. [CBSE All India 2011 C] [2 điểm]

Trả lời: Khi hai điện tích tiếp xúc với nhau, chúng sẽ bị tính phí như nhau sau khi tiếp xúc. Độ lớn của điện tích đó là (q1 + q2) / 2

Vậy điện tích quả cầu C sau khi tiếp xúc với quả cầu A là (40 + 0) / 2 = 20 C = Điện tích quả cầu A

Điện tích trên C sau khi tiếp xúc với B = (20-10) / 2 = 5 C = Điện tích trên quả cầu B

Vì vậy, điện tích trên quả cầu A & B = (20 + 5) / 2 = 12,5 C trên mỗi quả cầu.

Câu hỏi. Tổng của hai điện tích điểm là 7 microC. Chúng đẩy nhau một lực 1 N khi giữ cách nhau 30 cm trong không gian tự do. Tính giá trị của mỗi điện tích. [CBSE Foreign 2009] [2 điểm]

Trả lời: Cho: q1 + q2 = 7 microC

F = 1 N

Từ định luật coulomb,

r = 10 cm = 0,1 m, r 2 = 10 -2 m 2

Vì vậy, 1 = 9×10 9 x 10 2 x q1q2

q1q2 = 1,1 x 10 -1

q1 + q2 = 7 x 10 -6 

Từ 2 quan hệ trên, q1 = 2 μC và q2 = 5 μC

Hai điện tích điểm + q và -2q được đặt tại các đỉnh B và C của một tam giác đều ABC cạnh a như hình vẽ bên. Lấy biểu thức cho (i) độ lớn và (ii) hướng của điện trường tại đỉnh A do hai điện tích này tạo ra. [CBSE All India 2014 C] [3 điểm]

Năm. 

Câu hỏi. Hai điện tích điểm 4Q và Q cách nhau 1 m trong không khí. Tại thời điểm nào trên đường nối của các điện tích, cường độ điện trường bằng không? [CBSE Toàn Ấn Độ 2008] [3 điểm]

Trả lời: Chúng ta đang giả định rằng cường độ điện trường tại điểm P bằng không (như hình vẽ bên). Do đó, tại điểm P, điện trường do Q (E 1 ) bằng cường độ điện trường do 4Q (E 2 )

Về mặt toán học,

Do đó,

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