Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện SVIP

I. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

➤ Hai loại điện tích

- Có hai loại điện tích trái dấu: điện tích dương và điện tích âm.

- Điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.

- Lực hút, đẩy giữa các điện tích gọi là lực điện.

Đơn vị đo điện tích là culông (C).

❗ Lưu ý: Vật có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách đến điểm xét có thể coi là điện tích điểm.

Trong mỗi vật luôn tồn tại cả hai loại điện tích: dương và âm.

- Vật mang điện dương nếu lượng điện tích dương nhiều hơn điện tích âm.

- Vật mang điện âm nếu lượng điện tích âm nhiều hơn điện tích dương.

- Vật trung hòa về điện khi tổng điện tích bằng 0 (số điện tích dương bằng số điện tích âm).

Điện tích nguyên tố là độ lớn điện tích của một hạt mang điện tồn tại độc lập trong tự nhiên:

$e$ = 1,6.10^-19 C

Electron là hạt mang điện âm và có độ lớn điện tích bằng điện tích nguyên tố. Mọi điện tích $q$ của vật đều là một bội số nguyên của điện tích nguyên tố:

\(q=ne\)

với $n$ là số tự nhiên.

➤ Sự nhiễm điện của các vật

Nhiễm điện do cọ xát là hiện tượng xảy ra khi hai vật khác bản chất, ban đầu trung hòa về điện, bị cọ xát với nhau khiến một vật nhận thêm electron còn vật kia mất bớt electron. Kết quả là hai vật bị nhiễm điện với điện tích trái dấu nhau.

Ví dụ: Khi ta cọ xát quả bóng bay với tóc (điện môi hay chất cách điện), bóng bay sẽ bị nhiễm điện và hút các mẩu giấy vụn (điện môi).

Minh họa sự nhiễm điện do cọ xát

Nhiễm điện do tiếp xúc là hiện tượng xảy ra khi một vật trung hòa về điện được đặt tiếp xúc trực tiếp với một vật đã nhiễm điện. Khi đó, điện tích sẽ truyền từ vật nhiễm điện sang vật trung hòa, làm cho cả hai vật cùng mang điện tích cùng dấu.

Minh họa sự nhiễm điện do tiếp xúc

Nhiễm điện do hưởng ứng là hiện tượng xảy ra khi một vật dẫn điện trung hoà (vật A) được đặt gần một vật đã nhiễm điện (vật B) mà không tiếp xúc trực tiếp. Khi đó, dưới tác dụng của điện trường do vật B tạo ra:

- Đầu của vật A gần vật B sẽ nhiễm điện trái dấu với điện tích của vật B.

- Đầu còn lại của vật A sẽ nhiễm điện cùng dấu với điện tích của vật B.

Khi đưa vật A ra xa vật B, sự phân bố điện tích mất đi, vật A trở lại trạng thái trung hoà như ban đầu.

Minh họa sự nhiễm điện do hưởng ứng

❗ Thuyết electron

Thuyết electron giải thích các hiện tượng điện dựa trên sự cư trú và di chuyển của các electron. Theo thuyết này:

- Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện dương và các electron chuyển động xung quanh. Thông thường, số proton bằng số electron nên nguyên tử trung hoà về điện.

- Electron có khối lượng rất nhỏ và dễ dịch chuyển. Dưới tác động như cọ xát hoặc tiếp xúc, electron có thể tách ra khỏi nguyên tử và di chuyển từ vật này sang vật khác, làm vật bị nhiễm điện.

2. ĐỊNH LUẬT COULOMB

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có:

- Phương: trùng với đường thẳng nối hai điện tích.

- Độ lớn: tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

\(F=\dfrac{k\left|q_1q_2\right|}{r^2}\)

Trong đó: 

• \(r\) là khoảng cách giữa hai điện tích điểm.
• \(k\) là hệ số tỉ lệ.

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Khi các điện tích đặt trong chân không và hệ đơn vị sử dụng là SI thì: \(k=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9.10^9\) Nm²/C² với \(\varepsilon_0\) là hằng số điện môi: \(\varepsilon_0=8,85.10^{-12}\) C²/Nm² (chỉ phụ thuộc vào bản chất của môi trường).

\(\rarr F=\dfrac{\left|q_1q_2\right|}{4\pi\varepsilon_0r^2}=\dfrac{k\left|q_1q_2\right|}{r^2}\)

❗ Lưu ý: Khi điện tích $q$ chịu tác dụng bởi lực tĩnh điện của $n$ điện tích điểm thì:

\(\overrightarrow{F_{q}}=\overrightarrow{F_{1q}}+\overrightarrow{F_{2q}}+\cdots+\overrightarrow{F_{nq}}\)

Hằng số điện môi của một số chất