Vật Lý

Tổng quan về điện tích và trường , Định luật Coulomb

Điện tích được sinh ra trong vật chất do tác dụng của điện trường và từ trường . Có hai loại điện khí: (i) giống như điện tích (ii) không giống như điện tích. Giống như các điện tích đẩy nhau và không giống như các điện tích hút nhau. Thực nghiệm quan sát thấy rằng nếu hai thanh thủy tinh cọ xát với nhau bằng len hoặc vải lụa rồi đặt chúng lại gần nhau thì chúng sẽ bắt đầu đẩy nhau. Nhưng thanh thủy tinh và len hút nhau. Hãy tham khảo với  hocdientu nhé !

Tổng quan về điện tích và trường , Định luật Coulomb
Tổng quan về điện tích và trường , Định luật Coulomb

Nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin đặt tên cho hai điện tích trái dấu là dương và âm. Nếu một vật không có điện tích thì nó được cho là trung hòa nhưng nếu nó chứa điện thì được cho là nhiễm điện hoặc tích điện.

Chất dẫn điện và chất cách điện

Những chất cho phép dòng điện đi qua chúng dễ dàng được gọi là chất dẫn điện. Ví dụ về chất dẫn điện là Kim loại, cơ thể người, động vật và trái đất. Các chất tạo ra điện trở cao đối với sự truyền điện qua chúng được gọi là chất cách điện. Hầu hết các phi kim loại như thủy tinh, sứ, nhựa, nylon, gỗ là ví dụ của chất cách điện.

Chất dẫn điện và chất cách điện
Chất dẫn điện và chất cách điện
Chất dẫn điện và chất cách điện
Nếu chúng ta mang một vật tích điện tiếp xúc với đất, tất cả điện tích thừa trên vật thể đó sẽ biến mất vào lòng đất thông qua vật dẫn. Quá trình chia sẻ điện tích này với trái đất được gọi là nối đất hoặc nối đất.

Nạp điện bằng cảm ứng

Nạp điện bằng cảm ứng là phương pháp sạc trong đó một vật được nạp mà không bị bất kỳ vật mang điện nào khác chạm vào. Vật tích điện được giữ gần vật liệu dẫn điện không tích điện và vật này phải được đặt trên vật liệu trung tính tích điện. Điện tích chuyển động giữa hai vật và vật dẫn điện chưa tích điện thì bị nhiễm điện trái dấu.

Nạp điện bằng cảm ứng 
Nạp điện bằng cảm ứng
nạp điện bằng cảm ứng

Tính chất cơ bản của điện tích

Nếu các vật mang điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng, thì nó có thể được coi là điện tích điểm mà tất cả điện tích của vật sẽ tập trung tại một điểm trong không gian.

  • Tổng điện tích

Nếu một hệ chứa n điện tích q 1 , q 2 , q 3 …, qn thì tổng điện tích của hệ sẽ là q 1 + q 2 + q 3 + … + q n .

  • Bảo toàn điện tích

Trong khi cọ xát hai cơ thể, điện tích do một cơ thể thu được tương tự như điện tích do cơ thể khác mất đi. Trong một hệ thống cô lập bao gồm nhiều vật thể tích điện, các điện tích có thể được phân phối lại do tương tác giữa các vật thể, nhưng tổng điện tích của hệ thống cô lập luôn được bảo toàn.

  • Lượng tử hóa điện tích

Định lượng điện tích có nghĩa là điện tích luôn là bội số của ‘e’. Do đó, điện tích ‘q’ trên một vật luôn được biểu thị bằng

q = ne

Đơn vị SI của điện tích là coulomb và được ký hiệu bằng ký hiệu C. Coulomb được định nghĩa là lượng điện tích chạy qua một dây dẫn trong 1 giây nếu cường độ dòng điện là 1 A (ampe). Trong hệ thống này, giá trị của một đơn vị phí là

e = 1,602192 × 10 –19 C


Định luật Cu lông

Định luật Coulomb được sử dụng để đo lực giữa hai điện tích điểm. Định luật Coulomb có thể áp dụng cho kích thước tuyến tính của các vật thể tích điện nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách phân tách chúng. Kích thước của các vật thể tích điện rất nhỏ nên nó có thể được coi là điện tích điểm.

Luật Coulomb tuyên bố rằng

  • Lực giữa hai điện tích điểm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các điện tích
  • Lực tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích tác dụng dọc theo đường nối hai điện tích.

Giả sử, hai điện tích điểm q 1 , q 2 đặt cách nhau một khoảng r trong chân không, độ lớn hợp lực (F) giữa chúng cho bằng

F = lực tác dụng lên q 1 do q 2 = k (q 1 * q 2 ) ÷ r 2

Hằng số này có trong phương trình được gọi là hằng số tỉ lệ và được biểu diễn bằng ‘k’ và các giá trị của nó là k = 9 ∗ 10 9 Nm 2 C −2

Hằng số k được biểu diễn dưới dạng 1 / 4πε 0 trong đó

0 = 8,854 × 10 –12 C 2 N –1 m –2


Lực giữa các điện tích điểm

Lực tác dụng lên bất kỳ điện tích nào do một số điện tích khác là tổng vectơ của tất cả các lực tác dụng lên điện tích đó do các điện tích khác gây ra, thực hiện tại một thời điểm. Các lực riêng lẻ vẫn không bị ảnh hưởng do sự hiện diện của các điện tích khác. Đây được gọi là nguyên tắc chồng chất.

Theo nguyên tắc chồng chất, tính chất của hai điện tích đẩy và hút nhau vẫn không bị ảnh hưởng mặc dù có sự xuất hiện của điện tích bổ sung thứ ba.

Coi q 1 , q 2 và q 3 là ba điện tích của một hệ. Ở đây, nếu lực tác dụng lên q 1 do q 2 được ký hiệu là F12.

Sau đó,

12  = 1 / 4πε * q 1 q 2 * r12 / r212

Tương tự, lực tác dụng lên q 1 do q 3 , ký hiệu là F13 là

13  = 1 / 4πε * q 1 q 3 * r 13 / r 2 13

Như vậy, tổng lực F 1 tác dụng lên q 1 do 2 điện tích q 2 và q 3 là

1  = F 12  + F 13

F1 = 1 / 4πε * q 1 q 2 * r12 / r 2 12+ 1 / 4πε * q 1 q 3 * r13 / r213


Điện trường

Cho một điện tích điểm Q đặt trong chân không, tại gốc tọa độ O và một điện tích điểm q khác tại điểm P, tại đây OP = r, thì theo định luật Coulomb, điện tích Q sẽ tác dụng một lực lên q. Điện trường do điện tích Q tại một điểm trong không gian được định nghĩa là lực mà một điện tích dương đơn vị chịu tác dụng nếu được đặt như lực mà một điện tích dương đơn vị sẽ chịu nếu đặt tại điểm đó. Điện tích Q tạo ra điện trường xung quanh. Điện trường do điện tích Q tạo ra tại điểm r được cho là

E (r) = 1/4 πε * Q r (cap) / r 2

Đơn vị SI của điện trường là N / C (Newton / Coulomb)

Điện trường
Điện trường
Điện trường

Thuộc tính của đường điện trường

  • Các đường trường tạo thành một đường cong liên tục mà không có bất kỳ sự đứt gãy nào trong vùng miễn phí.
  • Hai đường sức không bao giờ chéo nhau.
  • Đường sức điện trường bắt đầu từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.
  • Các đường sức tĩnh điện không bao giờ tạo thành bất kỳ vòng khép kín nào.

Ý nghĩa vật lý của điện trường

Ý nghĩa vật lý thực sự của khái niệm điện trường là để đối phó với các hiện tượng điện từ phụ thuộc thời gian. Do đó, tác dụng của bất kỳ chuyển động nào của q 1 lên q 2 trong điện trường do một hệ điện tích là tổng vectơ của điện trường tại điểm do các điện tích riêng. Chuyển động có gia tốc của điện tích tạo ra sóng điện từ, lan truyền với tốc độ c, tác dụng lực lên các điện tích khác.


Dòng điện

Tổng số đường sức điện trường đi qua một khu vực nhất định trong một đơn vị thời gian được gọi là thông lượng điện trường. Từ định nghĩa, Điện thông Δθ qua phần tử diện tích ΔS được xác định bằng phương trình

Dòng điện
Dòng điện
Dong điện

Điều này tỷ lệ với số lượng đường trường cắt phần tử diện tích. Ở đây góc θ đây là góc giữa E và? S. Đối với một bề mặt kín, θ là góc giữa E và pháp tuyến hướng ra ngoài của phần tử diện tích. Để tính tổng từ thông qua bất kỳ bề mặt nhất định nào, hãy chia bề mặt thành các phần tử có diện tích nhỏ, tính thông lượng của từng phần tử và cộng chúng lại.

Bây giờ, tổng từ thông θ qua một bề mặt S được định nghĩa là θ ~ Σ E.? S. Ký hiệu xấp xỉ được sử dụng vì điện trường E được lấy không đổi trên phần tử có diện tích nhỏ.


Lưỡng cực điện

Cho, một cặp điện tích A và -B bằng nhau hoặc trái dấu cách nhau một khoảng 2x. Vectơ mômen lưỡng cực (giả sử là p ) bằng 2Ax và có hướng từ -B đến A

Ý nghĩa vật lý của lưỡng cực

Trong các loại phân tử CO 2 và CH 4 , mômen lưỡng cực bằng 0 nhưng mômen lưỡng cực được phát triển khi có điện trường tác dụng. Nhưng trong một số phân tử, nơi tâm của các điện tích âm và các điện tích dương không trùng nhau thì có mômen lưỡng cực điện vĩnh viễn . Chúng cho thấy các mômen lưỡng cực vĩnh viễn ngay cả khi không có điện trường gọi là phân tử phân cực. Một ví dụ về phân tử phân cực là Phân tử nước, H 2 O.

Lưỡng cực trong trường bên ngoài đồng nhất

Có một lực qE và –qE lần lượt tác dụng lên q và –q. Lưỡng cực thuần bằng không, do đó E là đồng nhất. Nếu các điện tích tách rời nhau, và các lực tác động tại các điểm khác nhau, thì một mômen quay được tạo ra trên lưỡng cực. Khi lực thuần bằng 0, mômen (cặp đôi) không phụ thuộc vào gốc tọa độ. Độ lớn bằng độ lớn của mỗi lực nhân với cánh tay đòn của cặp đôi (khoảng cách vuông góc giữa hai lực phản song song).

Độ lớn của mômen = qE × 2asinθ = 2qaE sinθ

Hướng của nó là bình thường đối với mặt phẳng của tờ giấy, đi ra khỏi nó. Độ lớn của p × E cũng là pE sinθ và hướng của nó là pháp tuyến đối với tờ giấy, ra khỏi nó.

Do đó, momen xoắn = p × E

Phân bố điện tích liên tục

Trường được tạo ra bởi sự phân bố điện tích liên tục có thể thu được giống như đối với một hệ thống các điện tích rời rạc.


Định luật Gauss

Định luật này cho biết rằng Điện thông qua một bề mặt kín S = q / ε0

Trong đó q = tổng điện tích bao quanh bởi S.

Định luật Gauss phát biểu rằng tổng thông lượng điện qua một bề mặt kín bằng không nếu bề mặt đó không có điện tích.

Các ứng dụng của định luật Gauss

(i) Dây dẫn thẳng mỏng dài vô hạn có mật độ điện tích tuyến tính đều

E = λ / 2πεr * n

trong đó r là khoảng cách vuông góc của điểm từ dây và n là véc tơ đơn vị hướng tâm trong mặt phẳng pháp tuyến đối với dây đi qua điểm.

(ii) Tấm phẳng mỏng vô hạn có mật độ điện tích bề mặt đồng nhất σ

E = σ / 2ε0 * n

trong đó n là một vectơ đơn vị pháp tuyến đối với mặt phẳng, hướng ra ngoài ở một trong hai phía.

(iii) Vỏ hình cầu mỏng có mật độ điện tích bề mặt đồng nhất σ

E = q / 4πr2ε * E (r> = R)

E = 0 (r <R)

trong đó r là khoảng cách của điểm từ tâm của vỏ và R là bán kính của vỏ. q là điện tích toàn phần của vỏ: q = 4πR2σ.


Bài tập

Câu hỏi. Viết phương của một lưỡng cực điện trong điện trường đều sẽ ứng với trạng thái cân bằng bền?

Trả lời.  Khi vectơ mômen lưỡng cực song song với vectơ điện trường: PE

Câu hỏi. Hai điện tích điểm có các điện tích bằng nhau đặt cách nhau 1 m 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:  Kwater  = 80) 

Trả lời.  Lực tác dụng giữa hai điện tích điểm:

Câu hỏi. Một điện tích điểm dương (+ q) được giữ trong vùng lân cận của một tấm dẫn không tích điện. Vẽ phác đường sức điện trường xuất phát từ điểm trên bề mặt tấm. (CBSE, 2009)

Năm.

 

Câu hỏi. Một quả cầu kim loại được đặt trong điện trường đều như hình vẽ bên. Đường sức của điện trường tiếp theo đường nào và tại sao? (CBSE, 2010)

Câu hỏi. Một điện tích q được đặt tại tâm của một hình lập phương có cạnh l. Từ thông qua mỗi mặt của hình lập phương là bao nhiêu? (2007F, 2010, 2010 F)

Trả lời.  Tổng thông lượng điện liên kết với khối lập phương 

Vì điện tích ở tâm, do đó thông lượng điện phân bố đối xứng qua cả 6 mặt.

Thông lượng qua từng mặt,

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