Vật lí - Bài 17: Khái niệm điện trường | Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Hai quả cầu tích điện có tương tác với nhau

Hình 17.1. Tương tác giữa hai điện tích

Hình 17.2. Tương tác giữa hai nam châm

– Xung quanh nam châm có từ trường, từ trường sẽ truyền tương tác từ nam châm này tới nam châm khác (Hình 17.2). Tương tự như nam châm, xung quanh điện tích có một điện trường, điện trường sẽ truyền tương tác giữa các điện tích.

– Điện trường được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích.

II. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

– Người ta sử dụng điện tích dương, có điện tích nhỏ, được gọi là điện tích thử, để phát hiện lực điện tác dụng lên nó, qua đó nhận biết được độ mạnh yếu của điện trường tại điểm ta xét. Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường được gọi là cường độ điện trường.

– Theo công thức (16.2), độ lớn của lực điện F tỉ lệ với độ lớn của điện tích q. Tỉ số chính bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1 C, do đó tỉ số này được lấy làm số đo cường độ điện trường tại điểm đặt điện tích thử q.

Hình 17.3. Điện trường tại N mạnh hơn điện trường tại M

Hãy chứng tỏ rằng vectơ cường độ điện trường có:

– Phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích.

– Chiều cùng với chiều của lực điện khi q> 0, ngược chiều với chiều của lực điện khi q<0.

– Độ lớn của vectơ cường độ điện trường bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1 C đặt tại điểm ta xét.

Từ công thức (16.2), ta xác định được độ lớn cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r có giá trị bằng:

(17.3)

Một điện tích điểm đặt trong chân không.

a) Xác định phương, chiều, độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại những điểm cách nó một khoảng 1 cm, 2 cm, 3 cm.

b) Nhận xét về cường độ điện trường tại những điểm gần điện tích Q và tại những điểm cách xa điện tích Q.

c) Từ các nhận xét trên, em hãy mô tả cường độ điện trường do một điện tích điểm dương Q đặt trong chân không gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r. Vẽ hình minh hoạ.

EM CÓ BIẾT

– Trong cơn dông, thường xuất hiện những đám mây tích điện do các hạt nước trong đó nhiễm điện, chúng tạo ra những vùng điện trường mạnh quanh các đám mây này. Khi các đám mây tích điện trái dấu tới gần nhau có thể xảy ra hiện tượng phóng điện mà ta gọi là sét.

– Hiện tượng phóng điện trên cũng có thể xảy ra giữa các đám mây và mặt đất.

Hình 17.4. Các lực điện do tác dụng lên điện tích thử q tại điểm A

1. Đặt điện tích điểm tại điểm A và điện tích điểm  tại điểm B cách A một khoảng bằng 3 cm (Hình 17.5). Hãy xác định những điểm mà ở đó cường độ điện trường tại đó bằng 0.

Hình 17.5

2. Cho tam giác ABC vuông tại A có AB = 3 cm và AC = 4 cm. Tại điểm B ta đặt điện tích , tại điểm C ta đặt điện tích

a) Tính độ lớn của cường độ điện trường do mỗi điện tích trên gây ra tại A.

b) Tính cường độ điện trường tổng hợp tại A.

EM CÓ BIẾT

Trong thực tế, một quả cầu có điện tích phân bố đều trong toàn bộ thể tích hoặc phân bố đều trên mặt cầu thì điện trường bên ngoài quả cầu tương đương với điện trường của một điện tích điểm đặt tại tâm cầu và có điện tích bằng với điện tích của quả cầu. Ta thấy công thức vẫn được vận dụng để tìm cường độ điện trường trong trường hợp này. Do đó, trong các thí nghiệm đơn giản về điện trường, người ta thường sử dụng các quả cầu tích điện để thuận tiện trong đo đạc, nghiên cứu và tính toán.
Thực nghiệm cho thấy, ngay sát bề mặt của Trái Đất luôn có một điện trường có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới và cường độ vào khoảng từ 100 V/m đến 200 V/m. Các hạt bụi mịn lơ lửng trong không khí được phân loại dựa vào kích thước của chúng như pm1, pm2.5, pm10,... con số đứng sau chữ pm chỉ đường kính tối đa của hạt bụi tính theo đơn vị pm. Ví dụ pm2.5 là hạt bụi mịn có đường kính tối đa bằng 2,5 μm. Những hạt bụi mịn này thường tích điện dương nên không thể bay lên cao và phân tán đi xa được. Đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường ở các thành phố lớn.

a) Điện phổ xung quanh một điện tích

b) Điện phổ xung quanh hai điện tích cùng dấu

c) Điện phổ xung quanh hai điện tích trái dấu

a) Các đường sức điện của điện trường xung quanh một điện tích dương

b) Hệ các đường sức điện của điện trường xung quanh hai điện tích dương đặt gần nhau

c) Hệ các đường sức điện của điện trường xung quanh hai điện tích trái dấu  đặt gần nhau

1. Em hãy quan sát Hình 17.6 và đưa ra nhận xét về đặc điểm của điện phổ:

a) Ở những vùng có điện trường mạnh hơn tức là ở gần điện tích hơn.

b) Ở những vùng có điện trường yếu hơn, tức là ở xa điện tích hơn.

c) Ở điện trường xung quanh một điện tích và điện trường xung quanh nhiều điện tích.

2. Quan sát Hình 17.7 và các nhận xét trên, em hãy vẽ các đường sức điện của một điện tích âm; các đường sức điện của điện trường xung quanh hai điện tích âm đặt gần nhau.

EM ĐÃ HỌC

• Điện trường được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích.

• Vectơ cường độ điện trường tại một điểm được xác định bằng tỉ số giữa vectơ lực điện  tác dụng lên một điện tích q đặt tại điểm đó và giá trị của điện tích đó:

• Độ lớn của cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r có giá trị bằng: 

• Đường sức điện là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của vectơ cường độ điện trường tại mỗi điểm trên đường sức điện trùng với hướng của vectơ tiếp tuyến của đường sức điện tại điểm đó.

• Mật độ đường sức điện được vẽ theo quy ước sau: một điện tích nhất định đặt vuông góc với vectơ cường độ điện trường tại điểm ta xét có số đường sức điện đi qua tỉ lệ với độ lớn của cường độ điện trường tại điểm đó.

• Đường sức điện xuất phát ở điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

EM CÓ THỂ

• Xác định được phương, chiều, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm bất kì trong điện trường.

• Tính được độ lớn cường độ điện trường và mô tả được vectơ cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm trong không gian.

• Vẽ được hệ các đường sức điện trong trường hợp một điện tích hoặc hệ hai điện tích.

• Vận dụng được công thức
để tính toán và mô tả điện trường xung quanh hệ nhiều điện tích, vật tích điện hình cầu,...

• Dùng hình ảnh điện phổ để qua đó giải thích được ngay sát bề mặt của Trái Đất có điện trường theo phương thẳng đứng hướng từ trên xuống dưới.