Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

1. Kiến thức trọng tâm

Điện tích là một thuộc tính cơ bản của vật chất. Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, các điện tích trái dấu thì hút nhau. Mọi vật nhiễm điện đều mang điện tích là bội số nguyên của điện tích nguyên tố $e = 1,6 \cdot 10^{-19}, \text{C}$ .

Định luật Coulomb mô tả lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không. Lực này tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

$F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$

Trong đó $q_1$ , $q_2$ là độ lớn các điện tích tính bằng culông ( $\text{C}$ ), $r$ là khoảng cách giữa hai điện tích tính bằng mét ( $\text{m}$ ), $k = 9 \cdot 10^9, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2$ là hằng số Coulomb. Lực Coulomb có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, chiều hướng ra ngoài khi hai điện tích cùng dấu và hướng vào trong khi trái dấu.

Khi các điện tích đặt trong môi trường điện môi đồng tính, lực tương tác giảm đi $\varepsilon$ lần, với $\varepsilon$ là hằng số điện môi của môi trường:

$F = k \frac{|q_1 q_2|}{\varepsilon r^2}$

Nếu có nhiều điện tích cùng tác dụng lên một điện tích, lực tổng hợp bằng tổng vectơ các lực thành phần theo nguyên lí chồng chất lực.

2. Ví dụ minh họa

Hai điện tích điểm $q_1 = 2 \cdot 10^{-8}, \text{C}$ và $q_2 = -3 \cdot 10^{-8}, \text{C}$ đặt cách nhau $4, \text{cm}$ trong chân không. Tính lực tương tác giữa chúng.

Lời giải: Đổi $r = 0,04, \text{m}$ . Áp dụng định luật Coulomb:

$F = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{|2 \cdot 10^{-8} \cdot (-3 \cdot 10^{-8})|}{(0,04)^2} = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{6 \cdot 10^{-16}}{1,6 \cdot 10^{-3}} = 3,375 \cdot 10^{-3}, \text{N}$

Vì hai điện tích trái dấu nên lực là lực hút, có độ lớn khoảng $3,38 \cdot 10^{-3}, \text{N}$ , phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích.

3. Ghi nhớ

Lực Coulomb tỉ lệ thuận với tích $|q_1 q_2|$ và tỉ lệ nghịch với $r^2$ .
Môi trường điện môi làm giảm lực tương tác đi $\varepsilon$ lần.
Lực tổng hợp khi có nhiều điện tích được tính bằng tổng vectơ các lực thành phần.

1. Kiến thức trọng tâm

e = 1,6 \cdot 10^{-19}, \text{C}

F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}

Trong đó

q_1

q_2

là độ lớn các điện tích tính bằng culông (

\text{C}

r

là khoảng cách giữa hai điện tích tính bằng mét (

\text{m}

k = 9 \cdot 10^9, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2

là hằng số Coulomb. Lực Coulomb có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, chiều hướng ra ngoài khi hai điện tích cùng dấu và hướng vào trong khi trái dấu.

Khi các điện tích đặt trong môi trường điện môi đồng tính, lực tương tác giảm đi

\varepsilon

lần, với

\varepsilon

là hằng số điện môi của môi trường:

F = k \frac{|q_1 q_2|}{\varepsilon r^2}

Nếu có nhiều điện tích cùng tác dụng lên một điện tích, lực tổng hợp bằng tổng vectơ các lực thành phần theo nguyên lí chồng chất lực.

2. Ví dụ minh họa

Hai điện tích điểm

q_1 = 2 \cdot 10^{-8}, \text{C}

và

q_2 = -3 \cdot 10^{-8}, \text{C}

đặt cách nhau

4, \text{cm}

trong chân không. Tính lực tương tác giữa chúng.

Lời giải: Đổi

r = 0,04, \text{m}

. Áp dụng định luật Coulomb:

F = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{|2 \cdot 10^{-8} \cdot (-3 \cdot 10^{-8})|}{(0,04)^2} = 9 \cdot 10^9 \cdot \frac{6 \cdot 10^{-16}}{1,6 \cdot 10^{-3}} = 3,375 \cdot 10^{-3}, \text{N}

Vì hai điện tích trái dấu nên lực là lực hút, có độ lớn khoảng

3,38 \cdot 10^{-3}, \text{N}

, phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích.

3. Ghi nhớ

Lực Coulomb tỉ lệ thuận với tích

|q_1 q_2|

và tỉ lệ nghịch với

r^2

Môi trường điện môi làm giảm lực tương tác đi

\varepsilon

lần.

Lực tổng hợp khi có nhiều điện tích được tính bằng tổng vectơ các lực thành phần.