Công thức định luật cu-lông trong môi trường chân không là

ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

I. Sự nhiễm điện của các vật. Điện tích. Tương tác điện. 

1. Sự nhiễm điện của các vật.

- Nhiễm điện do cọ xát:

Cọ xát một thước nhựa vào vải len, ta thấy thước nhựa có thể hút được các vật nhẹ như giấy

- Nhiễm điện do tiếp xúc

Cho thanh kim loại không nhiễm điện chạm vào quả cầu đã nhiễm điện thì thanh kim loại nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu - Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại vẫn nhiễm điện.

- Nhiễm điện do hưởng ứng

Đưa thanh kim loại không nhiễm điện đến gần quả cầu đã nhiễm điện nhưng không chạm vào quả cầu, thì hai đầu thanh kim loại được nhiễm điện. Đầu gần quả cầu hơn nhiễm điện trái dấu với điện tích quả cầu, đầu xa hơn nhiễm điện cùng dấu.

Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại trở về trạng thái không nhiễm điện như lúc đầu

2. 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.

3. Tương tác điện. Hai loại điện tích

- Các điện tích hoặc đẩy nhau, hoặc hút nhau (Hình 1.1). Sự đẩy 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.

II. Định luật Cu-lông. Hằng số điện môi.

1. Định luật Cu-lông.

Năm 1785, Cu-lông, nhà bác học người Pháp, lần đầu tiên lập được định luật về sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các điện tích điểm (gọi tắt là lực điện hay lực Cu-lông) vào khoảng cách giữa chúng.

- Nội dung: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\)

Lực tương tác có:

     + Phương: là đường thẳng nối giữa 2 điện tích điểm

     + Chiều:

+ Độ lớn:

 Tỉ lệ thuận với tích độ lớn q1, q2

 Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

 \({F_{12}} = {F_{21}} = F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\)

     Trong đó:

• \({q_1},{\rm{ }}{q_2}\)  được gọi là điện tích điểm (đơn vị : C (Culông)
• r là khoảng cách của 2 điện tích điểm
• k là hằng số Cu-lông: \(k = {9.10^9}\left( {N.{m^2}/{c^2}} \right)\)

2. Hằng số điện môi.

- Điện môi là một môi trường cách điện.

- Khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi (chẳng hạn trong một chất dầu cách điện) đồng tính chiếm đầy không gian xung quanh các điện tích, thì lực tương tác sẽ yếu đi ε lần so với khi đặt chúng trong chân không. ε được gọi là hằng số điện môi của môi trường (ε  ≥ 1). Đối với chân không thì ε = 1 còn đối với các môi trường khác ε >1.

- Hằng số điện môi là một đặc trưng quan trọng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho biết khi đặt điện tích trong chất đó thì lực tương tác giữa các điện tích sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

 \(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\)

3. Nguyên lý chồng chất lực điện 

Giả sử có n điện tích điểm q1, q2,…, qn tác dụng lên điện tích điểm q những lực tương tác tĩnh điện \(\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}} ,...,\overrightarrow {{F_n}} \) thì lực điện tổng hợp do các điện tích điểm trên tác dụng lên điện tích q tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện. 

\(\overrightarrow F  = \overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  + ... + \overrightarrow {{F_n}} \)

Sơ đồ tư duy về điện tích, định luật Cu-lông

Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có nhiều điện tích tự do.

Vật (chất) điện môi là gì?

Vật (chất) cách điện hay điện môi là vật (chất) có ít điện tích tự do.

Vật nhiễm điện là gì?

Vật (chất) nhiễm điện là vật (chất) mang điện. Có 3 cách làm nhiễm điện một vật là: nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng.

Định luật Cu lông

Nhà bác học Charles-Augustin de Coulomb (Cu-lông)

Charles-Augustin de Coulomb (phiên âm tiếng Việt: Cu-lông) là nhà bác học người Pháp. Ông sinh vào ngày 14/6/1736 tại sinh tại Angoulême, trong một gia đình giàu có. Cha của ông Henri Coulomb – là thanh tra Fields Hoàng gia ở Montpellier. Mẹ của ông Catherine Bajet xuất thân từ một gia đình giàu có trong việc buôn bán len.

Khi Cu-lông còn nhỏ gia đình ông đã chuyển đến Paris sinh sống. Các khóa học ông đã nghiên cứu khiến ông quyết tâm theo đuổi toán học và các đối tượng tương tự như một sự nghiệp.

Từ 1757 đến 1759 ông đến gia đình của cha mình ở Montpellier và tham gia công tác của học viện thành phố dưới sự chỉ dẫn của nhà toán học Danyzy Augustin. Với sự chấp thuận của cha mình, Cu-lông quay trở lại Paris năm 1759, nơi ông đã thành công trong kỳ thi tuyển sinh cho các trường quân sự tại Mézières. Là một nhà vật lý học, ông đã cống hiến những công trình vật lý lớn và tiêu biểu là định luật Cu lông. Ông mất năm 1806 ở Paris.

Nguồn: Wikipedia

Phát biểu định luật Cu lông

Định luật Cu lông hay định luật Coulomb được phát biểu rằng: lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương nằm trên một đường thẳng nối hai điện tích điểm, có chiều là chiều của lực hút nếu hai điện tích điểm khác dấu và đẩy nếu hai điện tích điểm cùng dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Đặc điểm

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm q1; q2 đặt cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi ε có đặc điểm:

Điểm đặt: trên 2 điện tích.

Phương: đường nối 2 điện tích.

Chiều: Các điện tích hút nhau nếu 2 điện tích ngược dấu, các điện tích đẩy nhau nếu 2 điện tích cùng dấu.

• Hướng ra xa nhau nếu q1.q2 > 0 (hay q1; q2 cùng dấu)
• Hướng vào nhau nếu q1.q2 < 0 (hay q1; q2 trái dấu)

Biểu thức định luật Cu lông

Trong đó:

• F – là lực tĩnh điện (đơn vị N)
• q1, q2 – là điện tích của 2 điện tích điểm thứ nhất và thứ hai (đơn vị C)
• r – là khoảng cách giữa 2 điện tích điểm (đơn vị m)
• k – là hằng số lực Cu lông, k = 9.10^9 (đơn vị N.m²/C²)

Biểu diễn

Biểu diễn định luật Cu lông

Định luật bảo toàn điện tích trong vật lý

Trong 1 hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số.

Các dạng bài tập chuyên đề điện tích

Dạng 1: Xác định lực tương tác giữa 2 điện tích và các đại lượng trong công thức định luật Cu lông.

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật Cu – lông.

• Phương, chiều, điểm đặt của lực (như hình vẽ)

• Độ lớn: F = (9.10^9.|q1.q2|) / ε.r²
• Chiều của lực dựa vào dấu của hai điện tích : hai điện tích cùng dấu là lực đẩy, hai điện tích trái dấu là lực hút.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích khi 2 quả cầu kim loại giống nhau tích điện, tiếp xúc nhau:

• Trước tiếp xúc: q1, q2.
• Sau tiếp xúc: q1′ = q2′ = (q1+q2) / 2

Dạng 2: Tổng hợp lực tác dụng lên 1 điện tích

Phương pháp giải:

Bước 1: Tóm tắt giả thuyết.

Bước 2: Áp dụng công thức định luật Cu lông để lần lượt xác định lực tác dụng vào điện tích ta xét:

• q1 tác dụng vào q một lực F1 = (k.|q1.q|) / ε.r1²
• q2 tác dụng vào q một lực F2 = (k.|q2.q|) / ε.r2²

Bước 3: Vẽ các vectơ lực thành phần F1, F2 tác dụng lên điện tích q, rồi xác định vectơ tổng hợp F theo quy tắc hình bình hành.

Bước 4: Xác định độ dài của véc tơ F- độ lớn của hợp lực (qua một vài lần dùng hệ thức lượng trong tam giác). Tham khảo tại đây: Định lý Cosin

Bước 5: Kết luận về hợp lực véc tơ F gồm: Gốc, phương và chiều, độ dài.

Các trường hợp đặc biệt:

Dạng 3: Cân bằng điện tích

Phương pháp giải:

Nếu q1.q2 > 0 (cùng dấu): q nằm trong đoạn thẳng nối q1 q2.

Nếu q1.q2 < 0 (trái dấu): q nằm trên đường thẳng nối q1 q2 và nằm ngoài đoạn thẳng nối q1 q2.

Nếu q nằm gần q1 hay q2 còn phụ thuộc vào độ lớn của hai điện tích (|q1| > |q2| thì r1 > r2 và ngược lại).

Bài tập vận dụng

Bài 1: Hai điện tích q1 = 16.10^-6 C; q2 = 64.10^-6 C đặt tại A và B trong không khí (AB = 1m). Xác định lực điện tác dụng lên điện tích q = 4.10^-6 C đặt tại C nếu: CA = 60cm; CB = 40cm. Đáp án: 16N

Bài 2. Cho hai điện tích điểm q1 = 2.10^-7 C; q2 = -3.10^-7 C đặt tại hai điểm A và B trong chân không cách nhau 5 cm. Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q = -2.10^-7 trong hai trường hợp:

• a) q đặt tại C, với CA = 2cm; CB = 3cm.
• b) q đặt tại D với DA = 2cm; DB = 7cm.

Đáp án: a) F = 1,5N, b) F = 0,79N.

Bài 3. Hai điện tích q1 = -2.10^-8 C; q2 = -1,8.10^-7 C đặt tại A và B trong không khí, AB = 8 cm. Một điện tích q3 đặt tại C. Hỏi:

• a) C ở đâu để q3 cân bằng?
• b) Dấu và độ lớn của q3 để q1, q2 cũng cân bằng?

Đáp án: a) CA = 4cm; CB = 12cm, b) q3 = 4,5.10^-8C

Kiến thức tham khảo

Bài viết liên quan: Điện trường và cường độ điện trường

Chuyên mục tham khảo: Vật lý học

Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Youtobe Facebook Twitter