Bài giảng Điện học (Phần 25) ppsx

Bài giảng Điện học
(Phần 25)
5.3 Điện trường
Định nghĩa
Địnhnghĩa của điện trườnghoàn toàn tươngtự, và có cùngđộng cơ,như
định nghĩa trườnghấpdẫn.
định nghĩa điện trường
Vectơ điện trường,E, tại mộtđiểm bấtkì trong khônggian được xácđịnh
bằngcách đặt một điện tích thử q
t
tại điểm đó. Vectơ điệntrường được cho
bởi E = F/q
t
, trongđó F là lực điện tác dụng lên điện tíchthử.
Các điện tích là cái tạo ra điện trường.Không giống như lực hấp dẫn,chỉ là
lực hút, lựcđiện biểu hiện cả sự hút và đẩy.Một điện tích dương là nguồn của điện
trường, và một điệntích âm là bồncủa điện trường.
Điểm khó khăn nhất về địnhnghĩa điện trườnglà lực tác dụng lênmột điện
tích âmcó hướngngược lại so với trường. Điều này tuântheo địnhnghĩa, vìviệc
chia vectơ cho một số âm làmđảo hướng của nó. Nó giống như thể chúngta cómột
số vật rơi lên thay vì rơi xuống.
Ví dụ 3. Sự chồng chất điện trường
Các điện tích qvà –q nằm cách nhaumột khoảng b như hìnhvẽ.Hỏi điện
trường tại điểm P, nằm tại đỉnhthứ ba của hình vuông,bằng bao nhiêu?
j/ Vĩ dụ 3
Điện trường tại Plàtổng vectơ của các trường tạo rađộc lập bởihai điện
tích.Chọn trụcx hướng sang phải và trục y hướnglên trên.
Các điện tích âmcó trườnghướngvào chúng, nên điện tích –q tạora một
điện trường hướng sangphải, tức là có thànhphần x dương.Sử dụng kếtquả câu
hỏi ở trên, chúng ta có
Lưỡng cực điện

Tập hợp đơn giản nhấtcủa các nguồn có thể xảy ra với điện học những
khôngxảy ra với lựchấp dẫnlà lưỡngcực,gồm mộtđiện tíchdương và mộtđiện
tích âmcó độ lớn bằngnhau. Tổng quát hơn, một lưỡng cựcđiện cóthể là bất kì
vật nào có sự bất cânbằng củađiện tích dươngở phía bên này và điện tích âm ở
phía bên kia. Phân tử nước, l, là một lưỡngcực vì các electron có xuhướng bị lệch
khỏi nguyêntử hydrogen và chạy sang nguyên tử oxygen.
k/ Trường lưỡng cực. Điện trường đi ra ở điện tích dương và đi vào ở điện
tích âm.
l/ Phân tử nước là một lưỡng cực
Lò visóng trong nhà bạn tácdụng lên các phân tử nước bằng điệntrường.
Chúng tahãytưởngtượng điều gì xảy ra nếu chúngta bắtđầu với một điện trường
đồngđều, m/1,do mộtsố điện tích ngoài gây ra,và sauđó đưa vào mộtlưỡngcực,
m/2, gồm hai điện tích nối với nhau bằng một thanh rắn. Lưỡng cực làm
nhiễu hìnhảnh trường, nhưng quan trọng hơntrongmục đích củachúng ta là nó
chịu một mômenquay.Trongví dụ này, điện tích dương chịumột lựchướnglên
trên,còn điện tích âmthì bị kéo xuống.Kết quả là lưỡng cực có xu hướngtự sắp
thẳnghàng với trường,m/3. Lò vi sóngđun nóng thứcăn với sóng điện (vàtừ). Sự
luân phiên củamômenquaylàm chocác phân tử lắc lư và làm tăng lượng chuyển
độngngẫu nhiên. Địnhnghĩa hơi mơ hồ củalưỡng cực cho ở trên có thể cải thiện
bằngcách phát biểu rằnglưỡng cựclà bất kì vật nào chịu mômenquay trong điện
trường.
m/1. Điện trường đều do một số điện tích “bên ngoài” gây ra.
2. Một lưỡng cực đặt trong điện trường. 3. Lưỡng cực sắp thẳng hàng với trường.
Cái gì xác địnhmômenquay tácdụnglên mộtlưỡngcực đặt trong một
trường ngoài tạo ra? Mômen phụ thuộc vào lực, khoảng cách tínhtừ trục quay mà
lực tácdụng, và góc giữa lựcvà đường nối từ trục quay đếnđiểm đặt củalực. Xét
một lưỡngcực gồm haiđiện tích + q và – q cách nhaukhoảngl đặt trong một
trường ngoài có độ lớn |E|,hợp một góc q so với trường. Mômen quaytoànphần
tác dụnglên lưỡngcực là
(Lưu ý mặc dù hailựccó hướng ngược nhau, nhưngmômenquay không

triệt tiêuvì chúngđều cố làm xoắnlưỡng cực theocùng mộthướng).Đại
lượng lq được gọi là mômen lưỡngcực, kí hiệu làD. (Các lưỡng cựcphức tạphơn
cũng có thể gán cho một mômenlưỡng cực – chúngđược địnhnghĩa là cócùng
mômenlưỡng cực như lưỡng cực hai điện tích chịu cùng mộtmômen quay).
Ví dụ 4. Mômen lưỡng cực của phân tử hơi NaCl
Trongphân tử hơi NaCl,khoảngcách tâm-nối-tâm giữa hainguyêntử là
khoảng 0,6nm. Giả sử Cl hoàn toàn lấy mất một trong các electron của Na, hãy tính
độ lớn mômen lưỡng cực củaphân tử này.
Þ Điện tích tổng cộngbằng không, nên việc chúngtachọn gốc tọa độ ở đâu
khôngảnh hưởng gì.Để cho tiện, ta chọnnó là một trong hainguyêntử,nên điện
tích ở nguyên tử đó không góp phần cho mômenlưỡng cực. Độ lớn củamômen
lưỡng cực khiđó bằng
D = (6 x10
-10
m) (e)
= (6x 10
-10
m) (1,6x 10
-19
C)
= 1 x 10
-28
C.m
Định nghĩa khác của điện trường
Hành vi của lưỡng cựcđiện trong điện trườngngoàiđưa chúngta đếnmột
định nghĩa kháccủa điện trường:
định nghĩa khác của điện trường
Vectơ cường độ điệntrường, E, tại một điểm bất kì trong không gianđược
định nghĩa bằng cáchquan sátmômen quaytác dụng lên một lưỡng cực thử D
t

đặt
tại đó. Hướng của trườnglàhướng mà trườngcó xuhướng sắp thẳnghànglưỡng
cực (từ - sang+), và độ lớn của trường là |E| = t / D
t
sinθ.
Lí dochủ yếu đưa rađịnh nghĩa thứ hai của cùng khái niệm trên là từ trường
dễ được định nghĩa nhất bằngphươngpháp tương tự.
Liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường
Hiệu điện thế là thế năng trênđơnvị điện tích, vàcường độ điệntrường là
lực trên đơn vị điện tích. Do đó,chúngta có thể liên hệ hiệu điện thế và trường nếu
chúng ta bắt đầutừ mối quanhệ giữa thế năng và lực,
Nói cách khác, sự chênh lệchđiện thế giữa haiđiểm bằng với cườngđộ điện
trường nhân với khoảng cách giữachúng. Lờigiảithích làở chỗ điện trường mạnh
là vùngkhônggian trong đó điện thế thay đổi nhanh. Tươngtự, sườn đồidốc là
nơi trên bản đồ độ cao thay đổinhanh.
Ví dụ 5. Điện trường do cá chình điện phát ra
Ñ Giả sử một con cá chình điện dài 1 m,và làm phát sinhhiệu điện thế 1000
V giữađầu và đuôi của nó. Hỏi cườngđộ điện trường trongnước xungquanhnó
bằngbao nhiêu ?
Þ Chúngta chỉ tính độ lớncủa trường,chứ không tínhđến hướngcủa nó,
nên chúng ta bỏ qua các kí hiệu dươngvà âm.Với giả thiết là chấp nhận điều
khôngchínhxác là điện trường không đổi song songvới cơ thể con cá chình,ta có
Câu hỏi thảo luận
A.Trongđịnhnghĩacườngđộ điện trường,điện tích thử có cần là 1coulomb?
Nó có cần là mộtđiện tích dương ?
B. Mộthạt tích điện, chẳnghạn như electron hoặc proton,có chịu lực tác
dụngtừ điện trường củariêng nó ?
C. Có hay khôngđiệntrường xungquanh mộthốc tường không có gìcắmvào
nó, hay một cái pin vừamới đặt nằm trên bàn ?
D. Trong một đèn flashcấp nguồn bằng pin,điện trườnghướng theochiều

nào ? Trườngđó sẽ trông như thế nào bên trong các dây dẫn ? Còntrongdây tóc
của đènsợi đốt thì sao?
E. Phê bình phát biểu sau: “Điện trường cóthể biểu diễn bằngmộtbiển mũi
tên chỉ chiều dòng điện đang chạy”.
F. Điệntrường của mộtđiện tích điểm,|E| =kQ/r
2
, cóđược trong phần câu
hỏi tự kiểm tra ở trên. Hãy so sánh hình dạng trườngcủa mộtquả cầu tích điện
đều với trườngcủa mộtđiện tích điểm ?
G. Bêntrong của một vật dẫn điện hoàn hảo ở trạng thái cân bằng phải có
điện trường bằng không,vì nếu không thì điện tích tự do bên trongnó sẽ bị trôi
giạt đối với trường, và nó sẽ khôngcòn ở trạng thái cân bằng.Còn điện trường
ngay tại bề mặt vậtdẫn hoànhảothì sao? Xét khả năng trườngvuông gócvới bề
mặthay songsong với nó.
n/ Câu hỏithảo luận H
H. Sosánh mômenlưỡng cựccủa các phân tử và ion phân tử cho trong hình
n.
I. Những mẫu giấy nhỏ khôngbị làm cho nhiễm điện bằngbất kì cách nào có
thể bị hút lên với một vật tích điện như một miếng băng tích điện. Theo thuật ngữ
mớicủa chúng ta, chúng tacó thể mô tả điện tích của miếngbăng gây ra một
mômenlưỡng cực trên mẫugiấy. Có thể sử dụng một kĩ thuật tươngtự để gây ra
khôngchỉ một mômenlưỡng cực màlà một điện tíchhay không ?
J. Trái Đất và Mặt Trăng kháchênhlệch về kích thướcvà cách xa nhau, giống
như một quả bóng chày và một quả bóngbàn cầm trên hai taygiangrộngcủa bạn.
Tưởng tượng thaythế hệ hành tinhvới đặc tínhcủa hành tinhkép:hai hành tinh
có kích thướcbằng nhau,nằm gần nhau. Hãy pháchọa biểu đồ biển mũitên cho
trường hấp dẫn của chúng.