Cơ Bản: Điện Tích & Điện Trường
Basic - Cơ BảnMục Lục
Điện tích
Khái niệm
Điện tích là một thuộc tính cơ bản của vật chất, gây ra lực tương tác điện. Có hai loại điện tích: điện tích dương (+) và điện tích âm (-).
Đơn vị
Đơn vị của điện tích là Coulomb (C).
Định luật bảo toàn điện tích
Trong một hệ cô lập, tổng đại số của tất cả các điện tích là không đổi.
Tương tác giữa các điện tích
- Các điện tích cùng dấu đẩy nhau.
- Các điện tích trái dấu hút nhau.
Định luật Coulomb
Định luật Coulomb mô tả lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên.
Công thức
Lực Coulomb giữa hai điện tích điểm và , đặt cách nhau một khoảng trong chân không, được tính bằng công thức:
Trong đó:
- là độ lớn của lực Coulomb (N).
- và là độ lớn của các điện tích (C).
- là khoảng cách giữa hai điện tích (m).
- là hằng số Coulomb, . Thường được làm tròn thành
Lưu ý
- Lực Coulomb là lực hút nếu và trái dấu, và là lực đẩy nếu và cùng dấu.
- Định luật Coulomb chỉ áp dụng cho điện tích điểm, tức là kích thước của vật mang điện phải rất nhỏ so với khoảng cách .
Điện trường
Khái niệm
Điện trường là môi trường (trường lực) tồn tại xung quanh một điện tích và tác dụng lực lên các điện tích khác đặt trong nó.
Cường độ điện trường
Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho điện trường tại điểm đó, về mặt tác dụng lực. Nó được định nghĩa bằng lực điện tác dụng lên một điện tích thử dương đặt tại điểm đó, chia cho độ lớn của điện tích thử:
Đơn vị
Đơn vị của cường độ điện trường là Volt trên mét (V/m) hoặc Newton trên Coulomb (N/C).
Điện trường của một điện tích điểm
Cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm cách nó một khoảng được tính bằng công thức:
Đường sức điện
Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trên đó trùng với phương của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. Các đường sức điện có các tính chất sau:
- Các đường sức điện xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm (hoặc ở vô cực).
- Các đường sức điện không cắt nhau.
- Nơi nào cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện dày đặc hơn, và ngược lại.
Nguyên lý chồng chất điện trường
Nếu tại một điểm có nhiều điện trường đồng thời tác dụng, thì cường độ điện trường tổng hợp tại điểm đó bằng tổng vectơ của các cường độ điện trường thành phần:
Điều này có nghĩa là bạn phải thực hiện phép cộng vectơ (tổng hợp vectơ) để tìm ra điện trường tổng hợp. Hãy nhớ rằng điện trường là một đại lượng vectơ.
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1
Đề bài: Hai điện tích điểm và đặt cách nhau 30 cm trong chân không. Tính lực tương tác giữa hai điện tích này.
Lời giải:
- Đổi đơn vị: .
- Áp dụng công thức Coulomb:
- Thay số:
- Kết luận: Lực tương tác giữa hai điện tích là 0.8 N, là lực hút vì hai điện tích trái dấu.
Ví dụ 2
Đề bài: Một điện tích điểm đặt tại điểm A trong chân không. Tính cường độ điện trường tại điểm B cách A 10 cm.
Lời giải:
- Đổi đơn vị: .
- Áp dụng công thức tính cường độ điện trường của điện tích điểm:
- Thay số:
- Kết luận: Cường độ điện trường tại điểm B là 45000 V/m.
Ví dụ 3
Đề bài: Hai điện tích điểm và đặt tại hai điểm A và B cách nhau 20 cm. và . Tính độ lớn lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích đặt tại trung điểm của AB.
Lời giải:
- Khoảng cách từ trung điểm đến mỗi điện tích: .
- Lực do tác dụng lên : . Hướng ra xa .
- Lực do tác dụng lên : . Hướng về phía .
- Vì và trái dấu, lực tổng hợp là tổng độ lớn: .
- Kết luận: Lực điện tổng hợp là .
Các lỗi thường gặp
- Quên đổi đơn vị (cm sang m).
- Không phân biệt được lực hút và lực đẩy.
- Không cộng vectơ đúng cách khi tính điện trường tổng hợp.
- Sử dụng sai công thức.