Điện tích – Định luật Culong là một phần kiến thức rất quan trọng của đề thi học kỳ lớp 11 và đề thi vật lý trung học phổ thông quốc gia lớp 12. Dưới đây là những kiến thức lý thuyết về điện tích điểm nhằm cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích.
Diện tích điểm là gì?
Sự nhiễm điện của các vật
Dựa vào hiện tượng hút các vật phát sáng để kiểm tra xem vật đó có bị nhiễm điện hay không.
Ví dụ, bằng cách cọ xát các vật như thanh thủy tinh, thanh nhựa, miếng polyetylen, v.v. trong dạ dày hoặc tơ lụa… những vật này sẽ có khả năng hút các vật nhẹ như mảnh giấy, sợi bông… vì chúng đã bị nhiễm điện.
Diện tích điểm còn được gọi là vật nhiễm điện, vật nhiễm điện, vật nhiễm điện. Điện là một tính chất của một vật và điện tích là thước đo độ lớn của tính chất đó.
Tải trọng điểm là một vật nhiễm điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách đến điểm đang xét.
– Các điện tích đẩy nhau hoặc hút nhau. Lực đẩy hoặc lực hút giữa các điện tích là tương tác điện.
Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm, các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau và các điện tích khác dấu thì hút nhau. Hay lực tác dụng lên hai tải trọng gồm hai lực trực giao, cùng hướng, cùng độ lớn và tác dụng lên hai tải trọng.
Lực tương tác của hai điện tích điểm
Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1 và q2 (đứng yên, đặt trong chân không) cách nhau một khoảng ra:
Hướng là đường thẳng nối hai điện tích.
– Hướng là: hướng đẩy nếu q1q2 > 0 (cùng dấu). hướng hấp dẫn nếu q1q2 < 0 (dấu ngược lại).
– Kích cỡ:
* Tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai tải trọng.
* Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Trong đó:
k = 9,109 N.m2/C2
q1, q2: độ lớn của hai điện tích (C)
r: khoảng cách giữa hai điện tích (m)
ε: hằng số điện môi.
Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong cùng một chất điện môi: khi hai điện tích đặt trong môi trường điện môi thì lực tương tác giữa chúng sẽ nhỏ hơn ε lần . ε ε được gọi là hằng số điện môi.
Chú ý: ε ≥ 1 ε ≥1 ; Với chân không ε = 1.
Lực tương tác giữa các hạt mang điện phụ thuộc vào môi trường xung quanh chúng. Các thí nghiệm cho thấy ở một khoảng cách nhất định, lực Coulomb giữa hai điện tích đặt trong một chất điện môi đồng nhất nhỏ hơn ε lần lực tác dụng giữa chúng trong chân không (đọc là epsilon). Nó là hằng số phụ thuộc vào tính chất của chất điện môi và không phụ thuộc vào biên độ cũng như khoảng cách giữa các điện tích. Đây được gọi là hằng số điện môi của môi trường, đặc trưng cho tính chất điện của môi trường này. Nó là một đại lượng không thứ nguyên; nghĩa là một số thuần túy, không có đơn vị.
Ý nghĩa của hằng số điện môi :
Chất điện môi là môi trường cách điện
– Khi đặt các điện tích điểm trong một chất điện môi đồng nhất lấp đầy không gian xung quanh các điện tích thì lực tương tác sẽ yếu hơn e lần so với khi đặt trong chân không. A được gọi là hằng số điện môi của môi trường, e bằng 1 đối với chân không và e > 1 đối với các môi trường khác.
Hằng số điện môi là một đặc tính quan trọng của tính chất điện của chất cách điện. Nó cho thấy lực tương tác giữa các điện tích khi đặt các điện tích vào một chất lớn gấp bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.
Định luật culong
– Năm 1785, Chợ Lớn là nhà khoa học người Pháp đầu tiên xây dựng định luật về sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các điện tích điểm gọi là lực biển hay lực Coulomb vào khoảng cách giữa chúng.
– Nội dung: lực hút hoặc lực đẩy giữa hai điện tích có điểm cùng hướng với đường nối hai điện tích này, độ lớn của lực này tỉ lệ thuận với độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng ly thân. .
Sự biểu lộ:
Trong đó:
k = 9,109 N.m2/C2
q1, q2: độ lớn của hai điện tích (C)
r: khoảng cách giữa hai điện tích (m)
ε: hằng số điện môi.
Nguyên lý chồng chất lực điện: Giả sử có n điện tích điểm q1,q2,….,qn tác dụng lên điện tích điểm q, các lực tương tác tĩnh điện F1, F2,…Fn thì tổng lực điện do các điện tích điểm trên tác dụng lên điện tích q theo nguyên lý chồng chất của các lực điện.
F = F1 + F2 + F3 …+ Fn
Một số hiện tượng:
Khi hai quả cầu nhiễm điện nhỏ tiếp xúc nhau rồi tách ra thì tổng điện tích được phân bố đều giữa mỗi quả cầu.
Hiện tượng tương tự cũng xảy ra khi nối hai quả cầu bằng một sợi dây mỏng rồi cắt dây nối.
Khi chạm vào quả cầu nhỏ mang điện, quả cầu mất điện tích và trở về trạng thái trung tính
Phương pháp giải bài tập định luật Culong
Dạng 1. Tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm
– Áp dụng công thức tổng quát cho mọi môi trường:
ε là hằng số điện môi của môi trường, đối với chân không hoặc không khí ta lấy ε = 1.
– Nếu cộng thêm lực hấp dẫn của Trái Đất thì ta kéo lực này theo phương thẳng đứng, hướng xuống dưới. Sử dụng tổng lực theo quy tắc hình bình hành
Vẽ:
1, Hai điện tích q1 = 6,10-8C và q2= 3,10-7C đặt cách nhau 3 cm trong chân không.
MỘT. Tính lực tương tác giữa chúng.
b. Để lực này nhân với 4 thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu?
so với Cho hệ này vào nước với ε = 81 thì cường độ tương tác giống như ở câu a. Bây giờ hãy tìm khoảng cách giữa hai điện tích.
2. Hai điện tích điểm bằng nhau đặt trong chân không cách nhau một khoảng r1 = 2 cm. Lực tương tác giữa chúng là 1.6.10-4 N.
a) Tìm độ lớn của hai điện tích này?
b) Khoảng cách r2 giữa chúng là bao nhiêu để lực tác dụng giữa chúng là 2,5.10-4 N?
Đáp án: r = 1,6 cm
Dạng 2. Tìm tổng hợp lực do nhiều tải trọng tác dụng lên một tải trọng
- Bước 1: Tính độ lớn các lực thành phần.
- Bước 2: Vẽ hình, trong hình vẽ các lực thành phần tác dụng lên tải trọng.
- Bước 3: Viết biểu thức (vectơ) của lực tổng:
- Bước 4: Chia thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm gồm hai lực áp dụng quy tắc hình bình hành.
- Bước 5: Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số. Giải các phương trình hoặc hệ phương trình để tìm các đại lượng cần tìm.
Các trường hợp đặc biệt:
Ví dụ minh họa :
1. Hai điện tích q1 = 8,10-8 C và q2 = -8,10-8 C đặt tại A và B trong không khí cách nhau AB = 6 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q3 = 8,10-8 C đặt tại C nếu:
a) CA = 4 cm và CB = 2 cm.
b) CA = 4 cm và CB = 10 cm.
Trả lời:
a) F = F1 + F2 = 0,18 N
b) F = F1 – F2 = 30,24,10 -3 N
2. Hai điện tích điểm q1 = -10-7 C và q2 = 5,10-8 C đặt tại hai điểm A và B trong chân không cách nhau 5 cm. Xác định tổng lực điện tác dụng lên điện tích q0 = 2,10-8 C đặt tại điểm C sao cho CA = 3 cm, CB = 4 cm.
Bài tập áp dụng
Bài 5 – SGK Vật Lý 11 – Trang 10: Chọn câu đúng. Bằng cách tăng đồng thời độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng, lực tương tác giữa chúng tăng gấp đôi.
Nhân đôi.
B. giảm một nửa.
C. giảm bốn lần.
D. không thay đổi.
Bài 6 – SGK Vật Lý 11 – Trang 10: Trong trường hợp nào sau đây vật nhiễm điện được coi là điện tích điểm?
A. Hai thanh nhựa đặt cạnh nhau.
B. Một thanh nhựa và một quả cầu được đặt gần nhau.
C. Hai quả cầu nhỏ cách xa nhau.
D. Hai quả cầu lớn đặt sát nhau.
Bài 7 – SGK Vật Lý 11 – Trang 10:
Nêu những điểm giống và khác nhau giữa định luật Coulomb và định luật vạn vật hấp dẫn.
Bài 8 – SGK Vật Lý 11 – Trang 10:
Hai quả cầu nhỏ mang hai điện tích có độ lớn bằng nhau đặt cách nhau 10 cm trong chân không, tác dụng lên nhau một lực 9,10−3N. Xác định điện tích của hai quả cầu.
