Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và truyền lực điện. Mỗi điểm trong điện trường được đặc trưng bởi vectơ cường độ điện trường E.
Thí nghiệm tương tác — hãy làm theo từng bước
- 1Chọn "1 điện tích": quan sát các đường sức toả ra từ điện tích dương.
- 2Chọn "trái dấu" (lưỡng cực): đường sức đi từ điện tích dương sang điện tích âm.
- 3Chọn "cùng dấu": đường sức đẩy nhau, có vùng trường yếu ở giữa.
- 4Nhận xét: mật độ đường sức càng dày thì trường càng mạnh.
Điện trường
- Điện tích dương
- Điện tích âm
- Đường sức điện (mũi tên = hướng E)
- Cấu hình
- 1 điện tích
- Độ lớn
- 5
Điện trường là môi trường truyền tương tác điện. Vectơ E tại mỗi điểm cho biết hướng và độ mạnh của trường; các đường sức đi ra từ điện tích dương và đi vào điện tích âm.
- Đường sức điện là đường cong có hướng.
- Đường sức đi ra từ điện tích dương, đi vào điện tích âm.
- Các đường sức không cắt nhau.
- Nơi đường sức dày: trường mạnh; thưa: trường yếu.
Đề bài
Một điện tích Q = 4·10⁻⁸ C gây ra điện trường tại điểm cách nó 0,2 m. Tính cường độ điện trường. Lấy k = 9·10⁹.
Lời giải
E = k|Q|/r² = 9·10⁹·4·10⁻⁸/(0,2)² = 360/0,04 = 9000 V/m.
Điện trường quanh em
Điện trường là "vùng ảnh hưởng" vô hình quanh mỗi điện tích, nhưng tác dụng của nó lại hiện diện rõ rệt trong nhiều thiết bị và hiện tượng quen thuộc.
Điện thoại bắt được sóng ngay cả khi không chạm vào cột phát sóng
Trạm phát sóng và ăng-ten tạo ra một trường lan toả khắp không gian, không cần tiếp xúc trực tiếp với máy. Trường này mang năng lượng và thông tin; điện thoại đặt trong trường sẽ nhận được tín hiệu qua "vùng ảnh hưởng" đó. Đây chính là kiểu lan truyền của trường nói chung, giống như điện trường lan ra quanh một điện tích.
Lý thuyết của bài: E = k|Q|/r² — trường yếu dần theo bình phương khoảng cách, nên phải ở đủ gần mới bắt được sóng mạnh.
Tia lửa điện khi đưa tay gần vật kim loại nhiễm điện
Một vật tích điện Q tạo ra điện trường xung quanh nó. Khi điện trường đủ mạnh (cường độ vượt ngưỡng chịu đựng của không khí), không khí bị ion hoá trở nên dẫn điện và điện tích phóng qua thành tia lửa. Càng đến gần vật nhiễm điện, điện trường càng mạnh nên hiện tượng càng dễ xảy ra.
Lý thuyết của bài: E = k|Q|/r² — E tăng vọt khi r nhỏ, đủ để phóng tia lửa.
Màn hình điện thoại hút bụi và vân tay ít hơn khi có lớp chống bám
Màn hình hoạt động tạo điện trường trên bề mặt. Các hạt bụi nhỏ bị phân cực dưới tác dụng của trường bề mặt và bị hút dính vào. Lớp phủ chống bám giúp giảm trường bề mặt, do đó giảm lực hút tĩnh điện lên bụi. Hiểu điện trường giúp ta lí giải vì sao bụi cứ dính vào màn hình.
Lý thuyết của bài: E = F/q — trường tác dụng lực lên các hạt điện tích nhỏ (hoặc hạt bị phân cực) trong màn hình.
Cột thu lôi tập trung "hướng" sét vào đầu nhọn
Đầu nhọn của cột thu lôi làm mật độ đường sức điện ở đó dày đặc, nên cường độ điện trường tại mũi nhọn rất lớn. Vùng trường mạnh này "mồi" cho tia sét đánh vào cột thay vì vào mái nhà. Đó là ứng dụng trực tiếp của khái niệm điện trường mạnh ở nơi tập trung điện tích.
Lý thuyết của bài: E = k|Q|/r² — ở đầu nhọn, điện tích tập trung nên E cục bộ rất lớn.
Máy in laser hút mực lên đúng vị trí chữ
Trống in được tích điện thành hình ảnh dưới dạng các vùng có điện trường khác nhau. Hạt mực mang điện bị trường hút về đúng những vị trí đã tích điện, tạo thành chữ rồi truyền lên giấy. Cả quá trình điều khiển bằng cách tạo ra các "bản đồ điện trường" trên trống.
Lý thuyết của bài: E = F/q — lực điện lên hạt mực được điều khiển bởi trường E tại từng điểm.
Vì sao lại có công thức E = F/q và E = k|Q|/r²?
Trực giác:Điện trường là "cái sẵn có" ở mỗi điểm trong không gian, không phụ thuộc vào việc ta có đặt điện tích thử vào hay không. Muốn "đo" trường tại một điểm, ta đặt một điện tích thử nhỏ q và xem nó chịu lực F bao nhiêu; lấy F chia q để loại bỏ ảnh hưởng của chính q.
- 1Đặt một điện tích thử dương q tại một điểm trong điện trường và đo lực F tác dụng lên nó.
- 2Thay q bằng 2q, 3q: lực F cũng tăng 2, 3 lần. Như vậy tỉ số F/q là một đại lượng không đổi tại điểm đó — ta gọi đó là cường độ điện trường E = F/q.
- 3Áp dụng cho trường của một điện tích điểm Q: lực lên điện tích thử q chính là lực Coulomb F = k|Qq|/r². Thay vào định nghĩa E = F/q, q ở tử và mẫu triệt tiêu.
- 4Kết quả E = k|Q|/r²: trường chỉ phụ thuộc vào điện tích nguồn Q và khoảng cách r, không phụ thuộc vào điện tích thử — đúng như kì vọng "trường sẵn có".
- 5Kiểm chứng: Q = 4·10⁻⁸ C, r = 0,2 m → E = 9·10⁹·4·10⁻⁸/0,04 = 9000 V/m, khớp số đo.
Ý nghĩa: E = F/q định nghĩa điện trường như một "bản đồ lực trên mỗi đơn vị điện tích", còn E = k|Q|/r² cho biết cụ thể trường của một điện tích điểm. Hai công thức gắn liền nhau: cái sau là trường hợp riêng của cái trước khi nguồn là một điện tích điểm.