Tài liệu Lực tĩnh điện pdf

Lực tĩnh điện
Lực tĩnh điện là lực giữa hai vật mang điện tích đứng yên. Nó là trường hợp đặc biệt của
lực Lorentz (lực điện từ tổng quát).
Lực này được
Coulomb, nhà bác học người Pháp, dựa trên ý tưởng về sự tương tự giữa
điện học và cơ học, giữa sự tương tự của hai vật và hai điện tích, tìm ra lần đầu cho hai
điện tích điểm và phát biểu thành định luật Coulomb. Trong trường hợp tương tác giữa
hai điện tích điểm, lực tĩnh điện còn được gọi là lực Coulomb.
Định luật Coulomb
Diagram describing the basic mechanism of Coulomb's law;
like charges repel each other and opposite charges attract each other.
Coulomb's torsion balance
Định luật Coulomb 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 cùng dấu và đẩy nếu hai điện tích điểm khác dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích
các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Độ lớn của lực được tính theo công thức:
với:
• F là độ lớn của lực Coulomb, đo bằng N trong SI
• q
1
là điện tích của điện tích điểm thứ nhất, đo bằng C trong SI
• q
2
là điện tích của điện tích điểm thứ hai, đo bằng C trong SI
• r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm, đo bằng m trong SI
• k là hằng số vật lý (còn gọi là hằng số lực Coulomb) thường được biểu diễn là
với là độ điện thẩm chân không. Giá trị các hằng số này là:
o k ≈ 8 987 742 438 F
−1
·m (hay C

−2
·N·m
2
)
o ≈ 8.854 × 10
−12
F·m
−1
(hay C
2
·N
−1
·m
−2
)
Công thức trên cũng có thể được viết ở dạng véc-tơ

với:
• là véc-tơ lực
• là véc-tơ nối hai điện tích điểm được tính theo:

ở đây: và là các véc-tơ vị trí của các điện tích điểm.
Định luật Coulomb là một trong các định luật vật lý thể hiện lực giảm theo bình phương
khoảng cách, giống định luật hấp dẫn Newton. Hằng số lực Coulomb lớn hơn nhiều lần
hằng số hấp dẫn (G) trong SI nên lực Coulomb có độ lớn gấp nhiều lần độ lớn lực hấp
dẫn.
Định luật Coulomb chỉ đúng khi lực Coulomb được quan sát trong hệ quy chiếu trong đó
các điện tích điểm đứng yên. Khi các điện tích chuyển động, các điện tích gây ra dòng
điện, tạo nên từ trường theo định luật Ampere, và tương tác với nhau theo lực Lorentz.
Tương tác lúc này có thể coi là tương tác trong điện trường tương đối tính như miêu tả

bởi thuyết tương đối của Albert Einstein.
Lực tĩnh điện tổng quát
Để tính lực tĩnh điện giữa hai vật mang điện tích, có thể chia các vật ra thành nhiều vật
nhỏ hơn. Nếu phép chia tiến đến một giới hạn nào đó, vật nhỏ mang điện sẽ trở thành các
điện tích. Khi đó có thể áp dụng nguyên lý chồng chất cho lực tĩnh điện (hay còn gọi là
nguyên lý tác dụng độc lập).
Lực tĩnh điện do N điện tích điểm gây ra bằng tổng vectơ của lực tĩnh điện do từng điện
tích điểm gây ra.
Có thể định nghĩa môi trường xung quanh một vật mang điện là điện trường. Khi một vật
khác nằm trong môi trường này, lực tĩnh điện vật đó sẽ chịu là:
F = q E
với q là điện tích của vật đó và E là
cường độ điện trường của điện trường.