Khái Niệm Điện Trường
Điện trường, cường độ điện trường, nguyên lí chồng chất và đường sức điện
Xung quanh nam châm có từ trường, từ trường truyền tương tác từ nam châm này tới nam châm khác. Tương tự, xung quanh điện tích có điện trường, điện trường truyền tương tác giữa các điện tích.
▸ Cách phát hiện điện trường
Để phát hiện sự tồn tại của điện trường tại một vùng, người ta dùng điện tích thử đặt vào vùng đó:
- Có lực điện tác dụng lên điện tích thử → vùng đó có điện trường.
- Không có lực điện tác dụng → vùng đó không có điện trường.
▸ Công thức định nghĩa
Trong đó:
- $E$: cường độ điện trường, đơn vị vôn trên mét (V/m).
- $F$: lực điện tác dụng lên điện tích thử (N).
- $q$: độ lớn điện tích thử (C).
▸ Cường độ điện trường do điện tích điểm $Q$ gây ra
Trong đó $\varepsilon_0 = 8{,}85 \cdot 10^{-12}$ C²/N·m² là hằng số điện, $r$ là khoảng cách từ điện tích $Q$ đến điểm đang xét.
$E = \dfrac{k|Q|}{r^2} = \dfrac{9 \cdot 10^9 \times 4 \cdot 10^{-8}}{(0{,}02)^2}$
Mẫu: $(0{,}02)^2 = 4 \cdot 10^{-4}$.
Vì lực $\vec{F}$ là đại lượng vectơ, $q$ là đại lượng vô hướng, nên cường độ điện trường $\vec{E}$ cũng là đại lượng vectơ.
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Phương | Trùng với đường nối điện tích $Q$ với điểm đang xét. |
| Chiều | $Q > 0$ → $\vec{E}$ hướng ra xa $Q$. $Q < 0$ → $\vec{E}$ hướng về phía $Q$. |
| Độ lớn | $E = \dfrac{|Q|}{4\pi\varepsilon_0 r^2}$ |
▸ Tính lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường
Từ công thức $E = \dfrac{F}{q}$, ta suy ra:
- $q > 0$ → $\vec{F}$ cùng chiều với $\vec{E}$.
- $q < 0$ → $\vec{F}$ ngược chiều với $\vec{E}$.
Nếu trong không gian có nhiều điện tích điểm $Q_1, Q_2, Q_3, \ldots$ thì tại điểm A bất kì, vectơ cường độ điện trường tổng hợp bằng tổng vectơ các cường độ điện trường do từng điện tích gây ra:
▸ Các trường hợp đặc biệt khi tổng hợp hai vectơ $\vec{E_1}$ và $\vec{E_2}$
| Trường hợp | Công thức độ lớn |
|---|---|
| Cùng chiều ($\vec{E_1} \uparrow\uparrow \vec{E_2}$) | $E = E_1 + E_2$ |
| Ngược chiều ($\vec{E_1} \uparrow\downarrow \vec{E_2}$) | $E = |E_1 - E_2|$ |
| Vuông góc ($\vec{E_1} \perp \vec{E_2}$) | $E = \sqrt{E_1^2 + E_2^2}$ |
| Hợp góc $\alpha$ bất kì | $E = \sqrt{E_1^2 + E_2^2 + 2E_1 E_2 \cos\alpha}$ |
▸ Vị trí điểm M có cường độ điện trường tổng hợp bằng 0
| Dấu hai điện tích | Vị trí điểm M |
|---|---|
| Cùng dấu | Nằm trong đoạn nối hai điện tích, gần điện tích có $|Q|$ nhỏ hơn. |
| Trái dấu | Nằm ngoài đoạn nối hai điện tích, gần điện tích có $|Q|$ nhỏ hơn. |
Điều kiện: tại M phải có $\vec{E_1} + \vec{E_2} = \vec{0}$, tức là $E_1 = E_2$ và hai vectơ ngược chiều:
$\dfrac{Q_1}{x^2} = \dfrac{Q_2}{(10-x)^2}$
$\Rightarrow \dfrac{2}{x} = \dfrac{3}{10-x}$ (vì $\sqrt{4}=2$, $\sqrt{9}=3$).
▸ Điện phổ
Cho vào bể chứa dầu một ít hạt mịn, cách điện (như mạt cưa) rồi khuấy đều. Đặt một hoặc hai quả cầu kim loại tích điện trong bể, các hạt sẽ nằm dọc theo các đường nhất định. Hình ảnh các đường đó gọi là điện phổ.
▸ Đường sức điện
▸ Đặc điểm của đường sức điện
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Chiều | Đi ra từ điện tích dương, đi vào điện tích âm. |
| Mật độ | Nơi điện trường mạnh hơn thì đường sức dày hơn (thường gần điện tích). |
| Tính chất | Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có một đường sức điện. |
▸ Các dạng đường sức điện thường gặp
| Trường hợp | Đặc điểm |
|---|---|
| Một điện tích dương | Các đường thẳng hướng ra xa điện tích. |
| Một điện tích âm | Các đường thẳng hướng về phía điện tích. |
| Hai điện tích cùng dấu | Các đường sức đẩy nhau. |
| Hai điện tích trái dấu | Các đường sức đi từ điện tích dương sang điện tích âm. |
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm hình ảnh minh hoạ, các công thức mở rộng và phương pháp giải đầy đủ các dạng bài tập tính cường độ điện trường, hãy đọc bài viết bên dưới:
Toàn bộ công thức, các dạng bài tập tính toán, sơ đồ tư duy, phương pháp giải và lỗi sai thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 17 – Điện trường!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn