Hiện tượng điện tích điểm trong sự xát ma sát

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

1. Sự nhiễm điện của các vật

Nhiễm điện do cọ xát: Khi bạn cọ xát một thước nhựa vào vải len, bạn sẽ nhận thấy thước nhựa có khả năng hút các vật nhẹ như giấy. Hiện tượng này diễn ra do sự chuyển giao điện tích giữa hai vật, khiến vật cọ xát trở nên mang điện. Nhiễm điện do tiếp xúc: Khi một thanh kim loại không nhiễm điện chạm vào quả cầu đã nhiễm điện, thanh kim loại sẽ nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu. Nếu bạn đưa thanh kim loại ra xa quả cầu, nó vẫn giữ điện tích đã nhiễm. Nhiễm điện do hưởng ứng: Khi bạn đưa thanh kim loại không nhiễm điện gần quả cầu đã nhiễm điện mà không chạm vào quả cầu, hai đầu của thanh kim loại sẽ bị nhiễm điện. Đầu gần quả cầu sẽ nhiễm điện trái dấu với điện tích của quả cầu, còn đầu xa hơn sẽ nhiễm điện cùng dấu. Một khi bạn đưa thanh kim loại ra xa quả cầu, nó sẽ trở về trạng thái không nhiễm điện như ban đầu.

2. Điện tích và điện tích điểm

• Điện tích: Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay vật chứa điện tích. Mỗi vật này có khả năng tương tác với các vật khác thông qua lực điện.
• Điện tích điểm: Là điện tích được coi như tập trung tại một điểm với kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét. Điều này giúp đơn giản hóa các tính toán về lực điện, vì chúng ta có thể coi điện tích điểm là nguồn gốc của các lực điện mà không cần quan tâm đến kích thước thực tế của nó.

3. Tương tác điện và hai loại điện tích

• Tương tác điện: Các điện tích có thể hoặc đẩy nhau, hoặc hút nhau. Điều này gọi là tương tác điện.
• Hai loại điện tích:

- Điện tích dương (+): Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau. - Điện tích âm (-): 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, và có độ lớn bằng nhau.

II. Định luật Cu-lông và hằng số điện môi

1. Định luật Cu-lông

Năm 1785, nhà bác học Cu-lông đã phát hiện ra định luật về lực tương tác giữa các điện tích điểm. Định luật này cho biết rằng lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích đó và có độ lớn tỉ lệ thuận với tích của độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Công thức thể hiện định luật này là: \[ F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} \]

• Phương: Là đường thẳng nối giữa hai điện tích điểm.
• Chiều: Phụ thuộc vào loại điện tích, cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau.
• Độ lớn: Tỉ lệ thuận với tích độ lớn \(q_1\) và \(q_2\), và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách \(r\).

Trong đó:

• \(q_1\) và \(q_2\) là điện tích điểm (đơn vị: C - Culông)
• \(r\) là khoảng cách giữa hai điện tích điểm
• \(k\) là hằng số Cu-lông: \(k = 9 \times 10^9 \left( \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right)\)

2. Hằng số điện môi

Điện môi là môi trường cách điện. Khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi, lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi một yếu tố \(\varepsilon\) so với khi đặt chúng trong chân không. Hằng số điện môi \(\varepsilon\) cho biết mức độ giảm lực tương tác. Công thức cho lực điện trong môi trường điện môi là: \[ F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} \]

• Khi \(\varepsilon = 1\), lực tương tác là như trong chân không.
• Khi \(\varepsilon > 1\), lực tương tác trong chất cách điện sẽ yếu hơn.

3. Nguyên lý chồng chất lực điện

Giả sử có \(n\) điện tích điểm \(q_1, q_2, \ldots, q_n\) tác dụng lên một điện tích điểm \(q\), lực điện tổng hợp do các điện tích này tác dụng lên \(q\) sẽ tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện: \[ \overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + ... + \overrightarrow {{F_n}} \] Nguyên lý này cho phép chúng ta tính toán lực tổng hợp từ nhiều điện tích một cách dễ dàng và hiệu quả.

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

Để hình dung rõ hơn về mối liên hệ giữa các khái niệm trên, bạn có thể tham khảo sơ đồ tư duy sau đây:

Kết luận

Điện tích và định luật Cu-lông là những khái niệm cơ bản nhưng rất quan trọng trong lĩnh vực vật lý. Chúng không chỉ giải thích các hiện tượng nhiễm điện mà còn giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các điện tích. Bằng việc nắm vững các khái niệm này, bạn sẽ có nền tảng vững chắc để tiếp tục khám phá những kiến thức sâu hơn trong lĩnh vực điện học. Hãy luôn nhớ rằng, điện tích điểm đóng vai trò trung tâm trong các tương tác điện, là yếu tố quyết định trong mọi hiện tượng điện. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có cái nhìn sâu sắc hơn về điện tích và định luật Cu-lông, từ đó áp dụng tốt hơn trong học tập và nghiên cứu.