chuong 25 2

Công của lực điện trường còn gọi là công của điện trường làm điện tích di chuyển từ A đến B gọi là... Thế năng của điện tích đặt tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sin

Điện thế

Chương 25

Giả sử có một hệ điện tích Tổng điện tích là

gây ra lực điện tác dụng lênlàmdi chuyển

từ điểm A đến B.

Công của lực điện trường (còn gọi là công của điện trường) làm điện tích di

chuyển từ A đến B gọi là 

Lực tĩnh điện là một lực thế

không phụ thuộc vào dạng đường di chuyển của q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm

đầu A và điểm cuối B

Tính chất của lực thế

Thế năng tương tác của hệ điện tích và

Nếu , Const = 0 thì

Chọn gốc thế năng tại

Câu hỏi 1

Chọn gốc thế năng tại

Xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ thế năng hệ hạt.

Chọn gốc thế năng tại

Thế năng tương tác của hệ điện tích

Câu hỏi 2

Chọn gốc thế năng tại

Xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ thế năng của hệ hạt

=

Thế năng của điện tích đặt tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích tại điểm đó.

Điện thế tại vị trí B bất kì trong điện trường

Điện thế (V) tại một điểm là lượng công cần thiết trên mỗi đơn vị điện tích dùng để di chuyển một điện tích thử dương từ nơi có thế năng bằng 0 đến điểm đó.

Hiệu điện thế giữa hai điểm B và A:

Mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và hiệu điện thế

Nếu đặt tại vị trí P một điện tích điểm khác , hệ hai điện tích điểm sẽ

có thế năng :

Động năng mà điện tích q thu được khi di chuyển từ điểm A đến điểm B

Câu hỏi 3

Một electron trong một máy X-ray

được gia tốc từ một hiệu điện thế

trước khi nó đạt mục tiêu Tính độ

biến thiên động năng của electron.

Câu hỏi 3

Một proton được gia tốc từ trạng thái đứng yên bằng sự chênh lệch điện thế là 120 V ( điện thế tại A – điện thế tại B = 120 V) Tính tốc độ mà nó thu được sau khi gia tốc

Đơn vị của điện thế và hiệu điện thế

Volt

1V = 1J/C

Đơn vị khác của cường độ điện trường E là V/m

V/m

1N/C = 1V/m

Hiệu điện thế trong điện trường đều

= - Ed

Câu hỏi 4

Một ắc-quy hiệu điện thế 12V mắc vào hai bản phẳng đặt song song như hình Khoảng cách giữa

hai bản d = 0,3cm, đủ nhỏ để xem rằng điện

trường giữa hai bản là đều

Tính cường độ điện trường giữa hai bản phẳng

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B bất kì

=

Câu hỏi 5

Giải thích tại sao

Nếu chọn gốc điện thế tại

Điện thế tại điểm P do gây ra

: nguồn điện tích

r: khoảng cách từ đến P

Điện thế tại P trong điện trường do nhiều điện tích điểm tạo ra

Câu hỏi 4

Tính điện thế tại 4 điểm A, B, C, D.

Nếu chọn gốc điện thế tại

Điện thế sinh ra bởi sự phân bố điện tích liên tục

Câu hỏi 5

Tìm biểu thức của điện thế tại điểm P nằm trên

trục đối xứng của một vành tròn bán kính a với điện tích Q phân bố đều, cách tâm vành tròn một đoạn x không đổi.

Câu hỏi 6

Một dây tích điện đều với mật độ điện dàiđược uốn thành dạng như hình vẽ Hãy tính điện thế tại điểm O

Mối liên hệ giữa điện trường và điện thế

Suy ra

Chiếu lên hệ trục tọa độ Oxyz trong không gian

Câu hỏi 6

Điện thế ở tọa độ x = 3 m là 120 V và điện

thế ở tọa độ x= 5 m là 190 V Vậy thành

phần theo trục x của cường độ điện trường

bằng bao nhiêu, giả sử điện trường đồng

nhất?

(a) 140 N / C (b) -140 N / C (c) 35 N / C (d) -35 N / C (e) 75 N / C

Câu hỏi 7

Hai bản phẳng, điện tích trái dấu nhau đặt song song cách nhau 5,33 mm, đặt dưới hiệu điện thế 600 V

(a)Tính cường độ điện trường giữa hai bản phẳng

(b)Tìm lực tác dụng lên một electron đang nằm trong điện trường này

(c) Để di chuyển một electron từ vị trí cách bản dương 2 mm đến bản âm cần thực hiện một công bằng bao nhiêu?

Điện thế tạo bởi vật dẫn tích điện

Bên trong vật dẫn điện ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, điện trường bằng 0.

Mặt đẳng thế.

Mọi điểm nằm trên cùng một mặt phẳng vuông góc với đường sức điện trường đều có cùng một điện thế

Mặt phẳng chứa tất cả các điểm có cùng điện thế

như vậy là một mặt đẳng thế.

Vector cường độ điện trường luôn hướng vuông góc với mặt đẳng thế

Mặt đẳng thế

Tia lửa điện

Tia lửa điện thường quan sát thấy ở gần vật dẫn điện cao thế

Khi điện trường gần vật dẫn đủ lớn, các electron tự do, vốn phát sinh do sự ion hoá ngẫu nhiên của phân tử khí, sẽ được gia tốc và bị đẩy xa khỏi phân tử mẹ

Chúng chuyển động nhanh và va chạm với nhiều phân tử khí xung quanh, làm phát sinh thêm rất nhiều sự ion hoá thứ cấp, kéo theo sự xuất hiện càng lúc càng nhiều electron tự do khác Các electron này sau đó tái kết hợp với những ion phân tử, di chuyển từ trạng thái tự do sang trạng thái liên kết ở mức năng lượng thấp hơn làm phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng

Đó chính là tia lửa điện

Ở những phần nhọn của vật dẫn, điện tích tập trung nhiều hơn và sinh ra điện trường lớn hơn so với những phần khác

Do đó tia lửa điện thường hay xuất hiện ở những điểm nhọn này.

Thí nghiệm giọt dầu Millikan

Năm 1897, nhà vật lý người Anh J J Thomson đã phát hiện ra một loại hạt tích điện, gọi là điện tử Vào lúc đó nhiều tính chất của điện tử chưa được biết đến, bao gồm điện tích của nó.

Năm 1909, Robert Millikan thực hiện thí nghiệm để đo điện tích điện tử

Sử dụng một máy phun hương thơm, Millikan đã phun các giọt dầu vào một hộp trong suốt Đáy và đỉnh hộp làm bằng kim loại được nối với nguồn điện một chiều với một đầu là âm (-) và một đầu là dương (+)

Millikan quan sát từng giọt rơi một và cho áp dụng hiệu điện thế lớn giữa hai tấm kim loại rồi ghi chú lại tất cả những hiệu ứng

Ban đầu, giọt dầu không tích điện, nên nó rơi dưới tác dụng của trọng lực Tuy nhiên sau đó, Millikan

đã dùng một chùm tia Röntgen để ion hóa giọt dầu này, cấp cho nó một điện tích Vì thế, giọt dầu này

đã rơi nhanh hơn, vì ngoài trọng lực, nó còn chịu tác dụng của điện trường

Dựa vào khoảng thời gian chênh lệch khi hai giọt dầu rơi hết cùng một đoạn đường, Millikan đã tính ra điện tích của các hạt tích điện

Xem xét kết quả đo được, ông nhận thấy điện tích của các hạt luôn là số nguyên lần một điện tích nhỏ nhất, được cho là tương ứng với 1 electron, e = 1,63 × 10-19 coulomb

Năm 1917, Millikan lặp lại thí nghiệm trên với thay đổi nhỏ trong phương pháp, và đã tìm ra giá trị

điện tích chính xác hơn là e = 1,59 × 10-19 coulomb Những đo đạc hiện nay dựa trên nguyên lý của Millikan cho kết quả là e = 1,602 × 10-19 coulomb.

Ứng dụng của hiện tượng tĩnh

điện

Máy phát tĩnh điện Van de Graaff

Thực nghiệm đã chỉ ra rằng, khi một vật dẫn tích điện tiếp xúc với mặt rỗng bên trong của một vật

Lợi dụng hiện tượng này, người ta đã tạo ra những thiết bị cho phép tích luỹ điện tích và điện áp gần như không giới hạn.

Máy phát tĩnh điện do Van de Graaff phát minh năm 1929 có sơ đồ nguyên lý thể hiện hình

Bên trong máy phát có một dây đai có thể cuộn tuần hoàn trên hai trục Dây đai luôn được tích điện tại vị trí gần điểm A ở điện thế khoảng 10000 V

Điện tích theo “băng chuyền” di chuyển đến gần điểm B, lúc này hoàn toàn nằm bên trong quả cầu kim loại rỗng, sẽ đi theo những đầu kim tiếp xúc rồi ra ngoài bề mặt của quả cầu kim loại Quá trình có thể lặp

đi lặp lại cho đến khi quả cầu tích điện đủ nhiều Trên thực tế, nó có thể tích điện đến hàng triệu volt, với điện trường đủ mạnh để gia tốc cho các proton trong các phản ứng hạt nhân

Bộ lọc bụi tĩnh điện

Bồ hóng, tro và bụi là thành phần chính của khí thải từ các nhà máy điện đốt nhiên liệu hóa thạch

và từ nhiều nhà máy chế biến công nghiệp

Bộ lọc bụi tĩnh điện có thể loại bỏ gần như tất cả các hạt này khỏi khí thải.

Khí thải có chứa các hạt được truyền qua giữa các tấm kim loại tích điện dương và dây tích điện

âm Điện trường mạnh xung quanh dây dẫn tạo ra các ion âm trong các hạt Các hạt tích điện âm được thu hút bởi các tấm tích điện dương và thu thập trên chúng Theo định kỳ, các tấm được lắc

để bồ hóng, tro và bụi được thu gom trượt xuống phễu thu gom.

Phun sơn

Trong sơn phun, các hạt sơn được tích điện dương khi chúng rời khỏi vòi phun của súng phun Vật cần sơn được nối đất ( mang điện âm) để có một điện trường giữa vòi phun và vật Các giọt sơn tích điện theo các đường điện trường phun đều trên bề mặt của vật thể.

Máy photocopy

Máy photocopy tĩnh điện hoạt động bằng cách sắp xếp các điện tích dương theo mẫu sẽ được sao chép trên bề mặt của trống không dẫn điện, sau đó nhẹ nhàng rắc các hạt mực khô tích điện âm lên trống Các hạt mực tạm thời dính vào hoa văn trên trống và sau đó được chuyển sang giấy và được “nấu chảy” để tạo ra bản sao

https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/applications-of-electrostatics/