Toàn bộ lý thuyết chương I - Điện tích, Điện Trường

LÝ THUYẾT CHƯƠNG I- VẬT LÝ 11

ĐIỆN TÍCH , ĐIỆN TRƯỜNG

1. Điện tích và định luật Cu-lông

a. Sự nhiễm điện của các vật.

Khi cọ xát như vật như thanh thủy tinh, thanh nhựa, mảnh vải polietilen… vào dạ hoặc lụa… thì những vật đó có thể hút được những vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông… Ta nói rằng những vật đó đã bị nhiễm điện.

Chia thành 3 hiện tượng chính, nhiễm điện do:

Cọ xát
Tiếp xúc
Hưởng ứng

b. Điện tích. Điện tích điểm

Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay vật chứa điện tích.

Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét. Điện tích điểm là điện tích được coi như tập trung tại một điểm.

c. Tương tác điện. Hai loại điện tích

+ Các điện tích hoặc đẩy nhau, hoặc hút nhau. Sự đầy nhau hay hút nhau giữa các điện tích đó là tương tác điện.

+ Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (-).

Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau, các điện tích khác loại (khác dấu) thì hút nhau.

+ Hai lực tác dụng vào hai điện tích là hai lực trực đối, cùng phương, ngược chiều, độ lớn bằng nhau và đặt vào hai điện tích.

2. Định luật Cu-lông. Hằng số điện môi. Định luật bảo toàn điện tích

a. Định luật Cu-lông.

Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích các độ lớn của hai điện tích đó và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Phương của lực tương tác giữ hai điện tích điểm nằm trên đường thẳng nối hai điện tích điểm đó

- Biểu thức:

+ Độ lớn:

Trong đó : k = 9.10⁹N.m² /C²

r (m) là khoảng cách giữa hai điện tích

q₁,q₂ (C) là điện tích

e là hằng số điện môi của môi trường (e_{chân không}=1;e_{chân không}_≈ 1 )

b. Hằng số điện môi.

Điện môi là một môi trường cách điện.

Tác dụng: Cho biết số lần giảm đi của lực tương tác khi đặt trong môi trường điện môi đó so với trong chân không

Chú ý: Đối với chân không thì ε = 1 còn đối với các môi trường khác ε >1.

c. Định luật bảo toàn điện tích

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi

3. Điện trường

a. Môi trường truyền tương tác điện

Giả sử ta đặt hai quả cầu điện tích trái dấu trong một bình kín rồi hút hết không khí ra. Ta đã biết, lực hút của hai quả cầu không những yếu đi mà lại mạnh lên. Như vậy phải có một môi trường nào đó truyền tương tác điện giữa hai quả cầu. Môi trường đó là điện trường.

b) Điện trường

Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

Nơi nào có điện tích thì xung quanh điện tích đó có điện trường.

Một điện tích Q nằm tại một điểm trong không gian sẽ gây ra xung quanh nó một điện trường. Một điện tích q nằm trong điện trường đó sẽ bị Q tác dụng một lực điện và ngược lại, q cũng tác dụng lên Q một lực đối

c. Cường độ điện trường

Là đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm

Công thức:

Đơn vị đo cường độ điện trường là Vôn trên mét (kí hiệu là V/m)

q > 0 : → → cùng phương, cùng chiều với → .

q < 0 : →→ cùng phương, ngược chiều với → .

d. Cường độ điện trường tại một điện tích điểm

Công thức:

Trong đó: r là khoảng cách từ điểm cần tính cường độ điện trường đến điện tích q

k = 9.10⁹

e) Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, cùng chiều, và cùng độ lớn; đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều.

Điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều

f. Nguyên lí chồng chất điện trường

Giả sử có các điện tích q₁, q₂,…..,q_n gây ra tại M các vector cường độ điện trường → thì vector cường độ điện trường tổng hợp do các điện tích trên gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất điện trường
g. Đường sức điện

Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.

Các đặc điểm của đường sức điện

+ Qua mỗi điểm trong điện trường có một và chỉ một đường sức điện mà thôi.

+ Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.

+ Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là đường không khép kín. Nó đi ra điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

+ Tuy các đường sức từ là dày đặc nhưng người ta chỉ vẽ một số ít đường theo quy tắc sau : Số đường sức đi qua một điện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

4. Công của lực điện trường. Điện thế. Hiệu điện thế

a. Công của lực điện trường

-Công của lực điện tác dụng lên tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạọ

- Biểu thức: A_MN= qEd

Trong đó, d là hình chiếu của quỹ đạo lên phương của đường sức điện.

Chú ý:

- d > 0 khi hình chiếu cùng chiều đường sức.

- d < 0 khi hình chiếu ngược chiều đường sức.

- Công của lực điện còn có thể tính bằng hiệu thế năng của điện tích

A_MN= W_M- W_N

_b.Điện thế

- Khái niệm:

Điện thế là đại lượng vật lý đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q.

V_M⁼ (A_M∞) /q= W_M/q

Trong đó: V_{M :}điện thế tại điểm M (V)

A_M∞ : công dịch chuyển điện tích từ điểm M ra vô cùng (J)

W_{M :} Thế năng của điện tích tại điểm M (J)

q : điện tích (C)

- Đơn vị: Vôn (V)

c. Hiệu điện thế

- - Nguồn điện tạo ra giữa hai cực của nó một hiệu điện thế.

U_MN= V_M - V_N

- đơn vị: vôn (V)

- Công thức:

U_MN= A_MN/ q

- Ý nghĩa cúa Vôn: Vôn là hiệu điện thế giữa 2 điểm mà nếu di chuyển điệ tích q=1C từ điểm này đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1J.

- Để đo hiệu điện thế người ta dùng dùng cụ gọi là vôn kế.

5. Tụ điện:

a. Tụ điện

- Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và cách điện với nhau

- Các vật dẫn gọi là các bản của tụ điện. Tụ điện dùng để tích điện và phóng điện trong mạch điện.

- Tụ điện thường dùng là tụ điện phằng.

- Cấu tạo của tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

- Cách tích điện cho tụ điện:
Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện.Bản nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

b) Điện dung của tụ

- Điện dung C của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định:

- Đơn vị : fara (kí hiệu là F)

- Các loại tụ điện
+ Người ta lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện : tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,…
+ Người ta còn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi được (còn gọi là tụ xoay ).

- Điện dung của tụ điện phẳng: