Bài 12: Điện trường

Do xung quanh các vật nhiễm điện tồn tại một điện trường, nếu đặt một vật nhiễm điện khác vào vùng điện trường đó thì nó sẽ chịu tác dụng của lực điện do điện trường đó gây ra.

Để biết một vùng không gian nào đó có sự xuất hiện của điện trường ta có thể dùng điện tích thử.

Để xác định được độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm ta xác định cường độ điện trường tại điểm đó.

a) Hướng của lực điện trường cùng hướng với cường độ điện trường.

b) Hướng của lực điện trường ngược hướng với cường độ điện trường.

a) Hai điện tích trái dấu nên vị trí những điểm sao cho hai vectơ cường độ điện trường do hai điện tích  \(q_1\) và \(q_2\) gây ra đó có đặc điểm cùng phương, cùng chiều phải nằm bên trong khoảng nối giữa hai điện tích trên.

b) Hai điện tích trái dấu nên vị trí những điểm sao cho hai vectơ cường độ điện trường do hai điện tích \(q_1\) và \(q_2\) gây ra đó có đặc điểm cùng phương, ngược chiều phải nằm bên ngoài khoảng nối giữa hai điện tích trên.

Trường hợp: M nằm ngoài khoảng hai điện tích, gần \(q_2\) hơn.

Trường hợp: M nằm ngoài khoảng hai điện tích, gần \(q_1\) hơn.

Dựa vào đặc điểm của hình ảnh điện phổ, ta có thể xác định được hai điện tích đó cùng dấu hay trái dấu chứ không thể xác định được đâu là điện tích dương, đâu là điện tích âm. Vì từ hình ảnh ta không thể xác định được hướng của các đường sức điện nên không thể kết luận được dấu của điện tích.

Thí nghiệm rắc các hạt bột mịn cách điện xung quanh tấm kim loại đã được tích điện, quan sát hình ảnh điện phổ.

Hình a – đường sức điện có dạng đường thẳng, hướng đi ra từ điện tích dương kết thúc ở vô cực. Tại điểm B có điện trường mạnh hơn điểm A.

Hình b – đường sức điện có dạng đường thẳng, hướng đi từ vô cực đến điện tích âm. Tại điểm B có điện trường mạnh hơn điểm A.

Hình c – đường sức điện có dạng đường cong, hướng đi ra từ điện tích dương đi vào điện tích âm. Tại điểm B có điện trường mạnh hơn điểm A.

Hình d – đường sức điện có dạng đường cong, hướng đi ra từ điện tích dương tới vô cực. Tại điểm B có điện trường yếu hơn điểm A.

Đường sức điện trường trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng là các đường thẳng song song và cách đều nhau, hướng từ bản dương sang bản âm.

Dựa vào chiều của đường sức điện ta có thể thấy điện tích \(q_2\) là điện tích dương, điện tích \(q_1\) là điện tích âm.

Cường độ điện trường ở điểm bất kì là cường độ điện trường tổng hợp do điện trường của 2 điện tích gây ra.

Xét cùng diện tích một phần mặt cầu có cùng bán kính đến mỗi điện tích, số đường sức qua phần diện tích xung quanh điện tích tích \(q_2\) nhiều hơn. Do đó điện trường của nó lớn hơn. Chứng tỏ độ lớn điện tích \(q_2\) lớn hơn.

Thiết kế phương án thí nghiệm.

- Dùng dây nối, nối 2 thanh kim loại vào mỗi đầu của hai cực của pin ( 1 thanh nối cực dương, 1 thanh nối cực âm của pin)

- Nhúng hai thanh kim loại vào dung dịch dầu cách điện.

- Đổ từ từ thuốc tím vào dung dịch và quan sát hiện tượng

Kết quả: Thấy thuốc tím ban đầu chuyển động hỗn loạn sau đó dần dần tạo thành dòng có hình ảnh giống như điện phổ.

Điện trường có các đường sức điện luôn hướng vào tâm Trái Đất nên dấu của các điện tích trên bề mặt Trái Đất là các điện tích dương.

Ta có: Độ lớn lực tĩnh điện tính theo công thức F = E. q

Mà electron và proton cùng đặt trong điện trường đều E

\(\left|\mathrm{q}_{\mathrm{e}}\right|=\left|\mathrm{q}_{\mathrm{p}}\right|=1,6.10^{-19} \mathrm{C}\)

nên hai hạt này chịu tác dụng của lực tĩnh điện F là như nhau.

Lại có: \(a=\frac{F}{m}\) mà \(m_e=9,1.10^{-31} \mathrm{~kg}, m_p=1,67.10^{-27} \mathrm{~kg}\)

Nên proton có gia tốc nhỏ hơn electron.

Do hai điện tích đặt tại A và B trái dấu nhau nên vị trí điểm C phải nằm ngoài khoảng AB để vectơ cường độ điện trường tại đó bằng 0.

Xét trường hợp C nằm gần B.

Cường độ điện trường do điện tích tại A và B gây ra tại điểm C là:

\(E_1=k \frac{\left|q_1\right|}{A^2}=9.10^9.\frac{\left|3. 10^{-6}\right|}{(0,6+B C)^2}\)

\(\mathrm{E}_2=\mathrm{k} \frac{\left|\mathrm{q}_2\right|}{\mathrm{BC}^2}=9.10^9.\frac{\left|-3,5.10^{-6}\right|}{\mathrm{BC}^2}\)

Do vectơ cường độ điện trường tại C bằng không nên:

\(\mathrm{E}_1=\mathrm{E}_2 \Leftrightarrow 9.10^9. \frac{\left|3.10^{-6}\right|}{(0,6+\mathrm{BC})^2}=9 . 10^9. \frac{\left|-3,5.10^{-6}\right|}{\mathrm{BC}^2} \Leftrightarrow 6.\mathrm{BC}^2=7(0,6+\mathrm{BC})^2\)

\(\Rightarrow\left[\begin{array}{l}\mathrm{BC}=-0,31 \\ \mathrm{BC}=-8,09\end{array}\right.\) (loại cả hai vì đều cho giá trị âm)

Xét trường hợp C nằm gần A hơn

Cường độ điện trường do điện tích tại A và B gây ra tại điểm C là:

\(\mathrm{E}_1=\mathrm{k} \frac{\left|\mathrm{q}_1\right|}{\mathrm{AC}^2}=9.10^9.\frac{\left|3. 10^{-6}\right|}{\mathrm{AC}^2}\)

\(\mathrm{E}_2=\mathrm{k} \frac{\left|\mathrm{q}_2\right|}{\mathrm{BC}^2}=9.10^9.\frac{\left|-3,5.10^{-6}\right|}{(\mathrm{AC}+0,6)^2}\)

\(\mathrm{E}_1=\mathrm{E}_2 \Leftrightarrow 9.10^9 . \frac{\left|3.10^{-6}\right|}{\mathrm{AC}^2}=9.10^9 .\frac{\left|-3,5.10^{-6}\right|}{(\mathrm{AC}+0,6)^2} \Leftrightarrow 6.(\mathrm{AC}+0,6)^2=7 \mathrm{AC}^2\)

\(\Rightarrow\left[\begin{array}{l}\mathrm{AC}=7,5(\mathrm{tm}) \\ \mathrm{AC}=-0,3(\mathrm{loai})\end{array}\right.\)

Vậy vị trí điểm C nằm ngoài khoảng AB và cách A một đoạn 7,5 m