Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. Lực tương tác này được mô tả bởi định luật Coulomb.
Thí nghiệm tương tác — hãy làm theo từng bước
- 1Đặt q₁ và q₂ cùng dấu dương: hai điện tích đẩy nhau (mũi tên hướng ra).
- 2Đổi q₂ thành âm: hai điện tích hút nhau (mũi tên hướng vào).
- 3Tăng khoảng cách r lên gấp đôi: lực giảm còn 1/4 (vì tỉ lệ nghịch r²).
- 4Tăng gấp đôi một điện tích: lực tăng gấp đôi.
Lực tương tác Coulomb
- Điện tích dương
- Điện tích âm
- Lực điện (hướng tác dụng)
- q₁
- 3 μC
- q₂
- 3 μC
- Khoảng cách r
- 6 m
- Lực |F|
- 2.25e-3 N
- Tương tác
- Đẩy
Lực Coulomb tỉ lệ thuận với tích hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách: F = k|q₁q₂|/r². Cùng dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau.
Đề bài
Hai điện tích q₁ = q₂ = 2·10⁻⁶ C đặt cách nhau 0,1 m trong chân không. Tính lực tương tác.
Lời giải
F = k|q₁q₂|/r² = 9·10⁹ · (2·10⁻⁶)² / (0,1)² = 9·10⁹ · 4·10⁻¹² / 0,01 = 3,6 N (lực đẩy).
Định luật Coulomb quanh em
Lực tương tác giữa các điện tích tưởng như chỉ có trong bài tập, nhưng thật ra nó chi phối vô số hiện tượng em gặp mỗi ngày — từ tia chớp trên trời đến chiếc áo dính vào người khi trời khô.
Tia sét giữa đám mây và mặt đất
Các đám mây tích luỹ điện tích khổng lồ nhờ cọ xát với các luồng khí. Khi tích điện đủ lớn, lực đẩy Culông giữa các điện tích cùng dấu trong đám mây mạnh tới mức phá vỡ không khí, tạo ra tia sét giải phóng điện tích xuống đất. Lực này tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên ở khoảng cách ngắn giữa mây và đất nó cực kì lớn.
Lý thuyết của bài: F = k|q₁q₂|/r² — lực điện tăng vọt khi khoảng cách r rất nhỏ.
Tóc dựng đứng và tia lửa khi cởi áo len ngày hanh khô
Khi cởi áo len, sự cọ xát làm electron chuyển từ vật này sang vật khác, khiến áo và tóc nhiễm điện trái dấu nhau. Tóc nhiễm điện cùng dấu với nhau nên mỗi sợi tóc đẩy nhau, dựng lên. Khi đưa tay gần vật kim loại, các điện tích nhảy qua tạo thành tia lửa nhỏ kèm tiếng "tách".
Lý thuyết của bài: F = k|q₁q₂|/r² — các điện tích cùng dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau.
Quả bóng bay hút vụn giấy sau khi cọ vào tóc
Chà quả bóng bay vào tóc khiến bóng tích điện (thường là âm). Khi đưa bóng lại gần, nó hút các mẩu giấy nhỏ vì gây ra sự phân bố lại điện tích trong giấy (giấy bị phân cực). Lực hút này thắng trọng lực nhẹ của các mẩu giấy nên chúng dính vào bóng.
Lý thuyết của bài: F = k|q₁q₂|/r² — lực điện giảm nhanh theo bình phương khoảng cách, nên phải đưa bóng thật gần giấy mới thấy rõ lực hút.
Bụi bám nhiều trên màn hình TV, laptop
Màn hình khi hoạt động tích điện (thường là tích điện dương). Các hạt bụi lơ lửng trong không khí bị phân cực hoặc nhiễm điện trái dấu và bị hút dính vào mặt màn hình. Vì lực Culông có thể mạnh hơn trọng lực ở khoảng cách nhỏ, bụi khó rơi xuống và cứ bám lại.
Lý thuyết của bài: F = k|q₁q₂|/r² — lực hút giữa các điện tích trái dấu giữ bụi dính trên màn hình.
Cột thu lôi (cột chống sét) đặt trên nóc nhà cao tầng
Thanh kim loại nhọn tích luỹ điện tích tại đầu nhọn, tạo ra điện trường mạnh đủ để "mồi" cho tia sét đánh trúng nó thay vì vào nhà. Dòng điện tích khổng lồ theo cột thu lôi xuống đất, bảo vệ ngôi nhà. Hiểu lực Culông giúp kỹ sư thiết kế cột thu lôi an toàn.
Lý thuyết của bài: F = k|q₁q₂|/r² — điện tích tập trung ở đầu nhọn nên lực điện và điện trường ở đó rất mạnh.
Vì sao lại có công thức F = k|q₁q₂|/r²?
Trực giác:Hãy hình dung hai điện tích như hai "vật nặng điện": chúng càng "lớn" thì hút/đẩy nhau càng mạnh, giống như khối lượng càng lớn thì hấp dẫn càng mạnh. Nhưng khác với trọng lực, lực điện còn tuỳ dấu: cùng dấu đẩy, trái dấu hút. Và nó yếu đi rất nhanh khi hai điện tích ra xa nhau.
- 1Thí nghiệm 1: giữ khoảng cách r không đổi, tăng độ lớn một điện tích lên 2, 3 lần và đo lực. Kết quả: lực cũng tăng 2, 3 lần → F tỉ lệ thuận với |q₁|.
- 2Làm tương tự với điện tích kia, ta được F tỉ lệ thuận với |q₂|. Gộp lại: F tỉ lệ thuận với tích |q₁q₂|.
- 3Thí nghiệm 2: giữ nguyên hai điện tích, thay đổi khoảng cách r. Khi r tăng gấp đôi, lực giảm còn 1/4; khi r tăng gấp ba, lực còn 1/9 → F tỉ lệ nghịch với r².
- 4Gộp hai kết quả: F tỉ lệ thuận |q₁q₂| và tỉ lệ nghịch r², tức F = (hằng số)·|q₁q₂|/r². Hằng số đó được đo thực nghiệm và đặt tên là k ≈ 9·10⁹ N·m²/C².
- 5Kiểm chứng: hai điện tích 2·10⁻⁶ C cách nhau 0,1 m cho F = 9·10⁹·(2·10⁻⁶)²/(0,1)² = 3,6 N — khớp với số đo.
Ý nghĩa: Công thức F = k|q₁q₂|/r² chỉ là cách gói gọn hai quy luật thực nghiệm: lực tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Hằng số k đặc trưng cho tương tác điện trong chân không, cho thấy lực điện có thể cực mạnh ở khoảng cách nhỏ.