SGK Vật Lí 11 - Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông

  • Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông trang 1
  • Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông trang 2
  • Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông trang 3
  • Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông trang 4
  • Bài 1. Điện tích. Định luật Cu-lông trang 5
I.
Điện TÍCH I Định LUẬT CU-LÔNG
ở Trung học cơ sớ (THCS), ta đã biết các vật mang điện hoặc hút nhau, hoặc đấy nhau. Lực tương tác đó phụ thuộc vào nhũng yếu tô nào và tuân theo quy luật nào ?
Hình 1.1
Sau khi cọ xát vàq dạ, chiếc thước nhụa hút đuọc mầu xốp.
Hình 1.2
ra Trên Hình 1.2, AB và MN là hai thanh đã được nhiễm điện. Mũi tên chỉ chiều quay của đấu 6 khi đưa đầu M đến gần. Hỏi đầu B và đẩu M nhiễm điện cùng dấu hay trái dấu ?
- Sự NHIỄM ĐIỆN CỦA CÁC VẬT. ĐIỆN TÍCH. TƯƠNG TÁC ĐIỆN
Sự nhiễm điện của các vật
Ta đã biết, khi cọ xát những vật như thanh thuỷ tinh, thanh nhựa, mảnh pôliêtilen,... vào dạ hoặc lụa,... thì những vật đó sẽ có thể hút được những vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông,... Ta nói rằng những vật đó đã bi nhiễm điện.
Ngày nay, người ta vẫn dựa vào hiện tượng hút các vật nhẹ để kiểm tra xem một vật có nhiễm điện hay không.
Điện tích. Điện tích điểm
Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là một điện tích. Điện là một thuộc tính của vật và điện tích là số đo độ lớn của thuộc tính đó. Tương tự như khối lượng là số đo mức quán tính của một vật.
Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.
Tương tác điện. Hai loại điện tích
Ớ THCS, ta đã làm nhiều thí nghiệrn để thấy các điện tích hoặc đẩy nhau, hoặc hút nhau (Hình 1.2). Sự đẩy hay hút nhau giữa các điện tích đó là sự tương tác điện,
Người ta thừa nhận rằng chỉ có hai loại điện tích là điện tích dương (kí hiệu bằng dấu +) và điện tích âm (kí hiệu bằng dấu -).
Các điện tích cùng loại (dấu) thì đẩy nhau.
Các điện tích khác loại (dấu) thì hút nhau.
- ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG. HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI
Định luật Cu-lông
Năm 1785, Cu-lông, nhà bác học người Pháp, lần đầu tiên thiết lập được định luật về sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các điện tích điểm (gọi tắt là lực điện hay lực Cu-lông) vào khoảng cách giữa chúng.
Chú ý : Khái niệm điện tích âm, điện tích dương trong Vật lí học khác với khái niệm số âm, số dương trong Toán học. Chẳng hạn, số âm luôn luôn nhỏ hơn số dương, nhưng ngược lại không thể nói điện tích âm luôn luôn nhỏ hơn điện tích dương đựợc.
Sác-lơ Cu-lóng (Charles Coulomb, 1736 - 1806), nhà bác học người Pháp có nhiéu công trình nghiên cứu vế tĩnh điện và tù.
Hình 1.3 Cân xoắn Cu-lông
Cân xoắn Cu-lông
A là quả cầu kim loại cố định gắn ở đầu một thanh thẳng đứng.
B là quả cầu kim loại linh động gắn ở đầu một thanh nằm ngang. Đầu kia của thanh có một quả đối trọng.
A và B được tích điện cùng dấu. Thanh nằm ngang được treó bằng một sợi dây mảnh có tính đàn hồi chống lại sự xoắn.
Khi hai quả cầu đẩy nhau, thanh ngang sẽ quay cho đến khi tác dụng của lực đẩy tĩnh điện càn bằng với tác dụng của lực đàn hồi của dây treo. Biết góc quay và chiều dài của thanh ngang, ta sẽ tính được lực đẩy tĩnh điện giữa hai quả cầu A và B.
Ông dùng một chiếc cân xoắn để đo lực đẩy giữa hai quả cầu nhỏ tích điện cùng dấu (Hình 1.3). Hai quả cầu nhỏ này được coi là những điện tích điểm.
ra Nếu tăng khoảng cách giữa hai quả cầu lên ba lần thì lực tương tác giữa chúng tăng hay giảm bao nhiêu lần ?
Kết quả, ông thấy lực này tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai quả cầu. ra
^21	F12
—	©	©	-4
Mặt khác, có thể chứng minh bằng thực nghiệm là : lực tương tác giữa hai điện tích tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích đó.
Hình 1.4
Để nghiên cứu sự phụ thuộc của lực tuơng tác giũa hai quả cầu A và B trong cân xoắn Cu-lông (Hình 1.3) vào độ lớn cua điện tích, ta có thể giữ nguyên điện tích của quả cầu B và cho quả cầu A tiếp xúc với một quả cầu kim loại c, giống hệt nó nhung trung hoà về điện. Vì lí do đối xứng, điện tích của quả cầu A sẽ bị chia làm đôi. Cứ nhu vậy, ta có thể tiếp tục làm cho điện tích của quả cầu A bằng
T’ O ’ 77’— điện tích ban đầu. Ta sẽ 4 8 16
thấy độ lớn của lực tác dụng giữa hai
quả cầu A và B bằng ỉ,
độ lớn của lực ban đầu. Nhu vậy, lức điện tỉ lệ với điện tích của quả cầu A. Tuơng tự, lực điện cũng tỉ lệ với điện tích của quả cầu B. Do đó, lực điện tỉ lệ với tích của hai điện tích.
Phối hợp các kết quả trên, ta có định luật Cutíông được phát biểu như sau :
Lực hút hay đẩy giừa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng (Hình 1.4).
F = (1.1)
r
trong đó, k là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hệ đơn vị mà ta dùng. Trong hệ đơn vị SI, k có giá trị :
£ = 9.109 NịÍBỈ.	(1.2)
c2
Trong công thức (1.1), F được đo bằng đơn vị niụtơn (N); r được đo bằng đơn vị mét (m); còn <7j và q2 được đo bằng đơn vị culông (kí hiệu là C).
Việc nghiên cứu lực tuơng tác giữa các điện tích đã cho phép ta đo được các điện tích, tức là so sánh độ lớn của điện tích cần đo với điện tích đơn vị. Muốn thế, ta chỉ cần so sánh lực tương tác của hai điện tích này với một điện tích thứ ba đặt cách chúng những khoảng bằng nhau, trong cùng một môi trường.
Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đổng tính. Hằng sô điện môi
Điện môi là môi trường cách điện.
Thí nghiệm chứng tỏ rằng, khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi đồng tính (chẳng hạn trong một chất dầu cách điện) thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi e lần so với khi đặt chúng trong chân không. £ được gọi là hằng số điện môi của môi trường (e > 1). Công thức của định luật Cu-lông trong trường hợp này là :
F=Ẩ:tel	(13)
er
Đối với chân không thì £= 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 các điện tích trong chất đó thì lực tác dụng giữa chúng sẽ nhỏ đi hao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không. EE
Chất
£
Không khí (ở điếu kiện chuần)
1,000594 (coi nhu bằngl)
Dầu hoả
2,1
Nuớc nguyên chất
81
Parafin
2
Giấy
2
Mica
5,7-7
Ẽbỏnit
2,7
Thuỳ tinh
5- 10
Thạch anh
4,5
Bảng 1.1
Hằng số điện môi của một só chất
BE Không thể nói về hằng số điện môi của chất nào dưới đây ?
Không khí khô.
Nước tinh khiết.
c. Thuỷ tinh.
D. Đồng.
Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.
Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ !ớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chủng.
F = k --ị2J ; k = 9.1 o9 N-n’2 r2	c2
Đơn vị điện tích là culông (C).
CÂU HỎI VÀ BÃI TẬP
Điện tích điểm là gi ?
Phát biểu định luật Cu-lống.
88 ' 	•
Lực tương tác giữa các điện tích khi đặt trong một điện môi sẽ lớn hay nhỏ hơn khi đặt trong chân không ?
Hằng số điện môi của một chất cho ta biết điều gì ?
▼
Chọn câu đúng.
Khi tăng đồng thòi độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực tuơng tác giũa chúng
tăng lên gấp đói.
giảm đi một nửa. c. giảm đi bốn lần.
D. không thay đổi.
Em có biết ?
Trong truờng họp nào sau đây, ta có thể coi các vật nhiễm điện là các điện tích điểm ?
Hai thanh nhựa đặt gần nhau.
Một thanh nhụa và một quả cáu đặt gần nhau, c. Hai quả cầu nhỏ đặt xa nhau.
D. Hai quả cầu lớn đặt gần nhau.
Nêu những điểm gióng nhau và khác nhau giữa định luật Cu-lông và định luật vạn vật hấp dẩn.
Hai quả cắu nhỏ mang hai điện tích có độ lớn bằng nhau, đặt cách nhau 10 cm trong chân không thì tác dụng lẽn nhau một lục là 9.10“3 N. Xác định điện tích của hai quả cầu đó.
SƠN TĨNH ĐIỆN
Trong công nghệ SOTI phun, người ta dùng một súng có khí nén đế phun những hạt son nhỏ li ti đến bám vào vật cần son. Động tác này giống như việc phun nước hoa hay phun thuốc muỗi... Một phần những hạt son đến bám vào vật cần son. Một phần khá lớn bay vào không khí vừa gây lãng phí, vừa gây ô nhiễm. Để khắc phục nhược điếm này, người ta đã cải tiến công nghệ son phun thành công nghệ son tĩnh điện. Trong công nghệ này, mũi cúa súng phun làm bằng kim loại và được nối với cực dưong cúa một máy phát tĩnh điện. Cực âm cứa máy được nối với vật cần son. Các hạt son bay ra khói súng phun sẽ được nhiễm điện dưong và bị hút về phía vật cần son. So với lóp son phun thì lóp son tĩnh điện sẽ bám chắc hon vì có thêm lực điện hút các hạt son vào vật cần son. Trong công nghệ này, vật cần son phái bằng kim loại.