I. Điện Tích và Tương Tác Điện
1. Các Phương Pháp Nhiễm Điện
Vật chất có thể nhiễm điện bằng nhiều cách khác nhau, tạo ra các tương tác điện đa dạng.
– Nhiễm điện do cọ xát:
Khi cọ xát một thước nhựa vào vải len, thước nhựa có khả năng hút các vật nhẹ như giấy vụn. Đây là một ví dụ điển hình của hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, khi các electron di chuyển giữa hai vật liệu.
– Nhiễm điện do tiếp xúc:
Nếu một thanh kim loại không nhiễm điện tiếp xúc với một quả cầu đã nhiễm điện, thanh kim loại sẽ nhiễm điện cùng dấu với quả cầu. Sau khi đưa thanh kim loại ra xa, nó vẫn giữ trạng thái nhiễm điện này.
– Nhiễm điện do hưởng ứng:
Khi một thanh kim loại không nhiễm điện được đưa lại gần một quả cầu nhiễm điện (nhưng không chạm vào), hai đầu của thanh kim loại sẽ nhiễm điện. Đầu gần quả cầu nhiễm điện trái dấu, còn đầu xa hơn nhiễm điện cùng dấu. Khi đưa thanh kim loại ra xa, nó trở lại trạng thái không nhiễm điện ban đầu.
2. Điện Tích và Điện Tích Điểm
– Vật nhiễm điện còn được gọi là vật mang điện, vật tích điện hoặc vật chứa điện tích. Điện tích là một thuộc tính cơ bản của vật chất, quyết định khả năng tương tác điện của nó.
– Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách mà ta đang xét. Nó được coi như là một điện tích tập trung tại một điểm duy nhất trong không gian.
3. Tương Tác Điện và Các Loại Điện Tích
– Các điện tích tương tác với nhau thông qua lực điện. Điện tích có thể đẩy nhau hoặc hút nhau.
– Có hai loại điện tích: điện tích dương (+) và điện tích âm (-).
+ Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau.
+ Các điện tích khác loại (khác dấu) thì hút nhau.
– Lực tương tác giữa hai điện tích là hai lực trực đối, cùng phương, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và đặt vào hai điện tích đó.
II. Định Luật Coulomb và Hằng Số Điện Môi
1. Định Luật Coulomb
Năm 1785, nhà bác học người Pháp Charles-Augustin de Coulomb đã thiết lập định luật về lực tương tác giữa các điện tích điểm, thường gọi là Lực Coulomb.
– Nội dung: Lực hút hoặc đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó. Độ lớn của lực tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
– Biểu thức:
(F = kfrac{{left| {{q_1}{q_2}} right|}}{{{r^2}}})
Trong đó:
+ Phương của lực: là đường thẳng nối giữa 2 điện tích điểm.
+ Chiều của lực:
+ Độ lớn của lực:
- Tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích ({q_1}, {q_2})
- Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (r)
({F_{12}} = {F_{21}} = F = kfrac{{left| {{q_1}{q_2}} right|}}{{{r^2}}})
Trong đó:
- ({q_1},{rm{ }}{q_2}) là điện tích điểm (đơn vị: C (Coulomb)). Coulomb là đơn vị đo điện tích trong hệ SI, đặt theo tên của nhà vật lý Charles-Augustin de Coulomb.
- r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm (đơn vị: mét).
- k là hằng số Coulomb, có giá trị: (k = {9.10^9}left( {N.{m^2}/{C^2}} right)). Hằng số này thể hiện độ mạnh của tương tác điện.
2. Hằng Số Điện Môi
– Điện môi là một môi trường cách điện, ví dụ như không khí, dầu, hoặc thủy tinh.
– Khi đặt các điện tích điểm trong một môi trường điện môi đồng tính chiếm đầy không gian xung quanh các điện tích, lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi ε lần so với khi đặt chúng trong chân không. ε được gọi là hằng số điện môi của môi trường (ε ≥ 1). Đối với chân không, ε = 1, còn đối với các môi trường khác, ε > 1.
– Hằng số điện môi là một đặc trưng quan trọng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho biết khi đặt điện tích trong chất đó thì lực Coulomb tương tác giữa các điện tích sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.
(F = kfrac{{left| {{q_1}{q_2}} right|}}{{varepsilon {r^2}}})
3. Nguyên Lý Chồng Chất Lực Điện
Giả sử có n điện tích điểm q1, q2,…, qn tác dụng lên điện tích điểm q những lực tương tác tĩnh điện (overrightarrow {{F_1}} ,overrightarrow {{F_2}} ,…,overrightarrow {{F_n}} ). Lực điện tổng hợp do các điện tích điểm trên tác dụng lên điện tích q tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện:
(overrightarrow F = overrightarrow {{F_1}} + overrightarrow {{F_2}} + … + overrightarrow {{F_n}} )
