Vật lý

1. Điện tích. Điện tích điểm: Một vật bị nhiễm điện được gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là một điện tích.

- Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.

- Có 2 loại điện tích: dương, âm.

+ Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau.

+ Các điện tích khác dấu thì hút nhau.

2. Thuyết electron:

a. cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố.

- Nguyên tử có cấu tạo gồm hạt nhân mang điện dương ở trong và lớp vỏ electron mang điện âm bên ngoài.

- Bên trong hạt nhân gồm có các Proton và Nơtron, gọi chung là nuclon.

+ Proton: Khối lượng m_p=1,67.10^-27kg và điện tích q_p=1,6.10^-19C.

+ Nơtron: Khối lượng m_n=1,67.10^-27kg và điện tích q_n=0C.

- Lớp vỏ nguyên tử chứa các electron.

+ electron: Khối lượng m_e=9,1.10^-31kg và điện tích q_e=-1,6.10^-19C.

- Bình thường, tổng số proton trong hạt nhân bằng với tổng số electron ở lớp vỏ, nên nguyên tử trung hoà điện.

- Điện tích q_p, q_e là nhỏ nhất gọi điện tích nguyên tố (chưa tính đến các Quark).

b. Thuyết Electron: là thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của e giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện.

- Nội dung:

+ Nguyên tử trung hoà mất e trở thành ion dương (+).

+ Nguyên tử trung hoà nhận e trở thành ion âm (-).

+ Nếu số hạt dương nhiều hơn số hạt âm thì vật mang điện dương và ngược lại.

3. Định luật bảo toàn điện tích: Trong 1 hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số.

4. Chất dẫn điện và điện môi.

- Chất dẫn điện là chất có rất nhiều điện tích tự do.

- chất cách điện còn được gọi là chất điện môi là chất có rất ít điện tích tự do.

5. Sự nhiễm điện của các vật: Có 3 cách làm vật nhiễm điện (có thể dựa vào hiện tượng hút các vật nhệ để kiểm tra xem vật có bị nhiễm điện hay không).

+ Cọ xát: Khi cọ xát các vật với nhau, thì có sự dịch chuyển electron từ vật này sang vật khác, làm cho các vật nhiễm điện khác dấu với nhau.

+ Tiếp xúc: Khi các vật mang điện khác nhau tiếp xúc với nhau, thì có sự dịch chuyển electron từ vật này sang vật khác, làm cho các vật sẽ nhiễm điện cùng dấu với nhau.

+ Hưởng ứng: Đưa một vật A nhiễm điện lại gần một thanh kim loại, thì có sự dịch chuyển electron trong thanh kim loại, làm cho đầu gần quả cầu A mang điện khác dấu với A, đầu xa quả cầu A mang điện cùng dấu với A. Đưa A ra xa thì thanh kim loại trở lại như cũ.

1. Định luật Coulomb: Lực hút hay đẩy giữa hai diện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn 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: k = 9.10⁹ Nm²/C².

F là lực tĩnh điện.

q₁, q₂ là điện tích.

r là khoảng cách giữa 2 điện tích.

* Trường hợp các điện tích được đặt trong chất điện môi có hằng số điện môi ε thì lực tĩnh điện giữa 2 điện tích là: $F = k \frac{{|{q_1}{q_2}|}}{{{\epsilon r^2}}} $

Vector lực điện $ \vec F: $ gồm có 4 thành phần sau:

+ Điểm đặt: Tại điện tích điểm.

+ Phương: Trùng với đường thẳng nối 2 điện tích.

+ Chiều: Đẩy ra xa nhau nếu q₁q₂ > 0. Hướng vào nhau nếu q₁q₂ < 0.

+ Độ lớn: $ F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}$

1. Định nghĩa: Điện trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực lên điện tích khác đặt trong nó.

2. Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả năng tác dụng lực.

$ \vec E = \frac{\vec F}{q} $

+ Đơn vị cường độ điện trường là (V/m)

- Vector cường độ điện trường $ \vec E: $ do điện tích Q sinh ra gồm có 4 thành phần sau:

+ Điểm đặt: Tại điểm đang xét.

+ Phương: Trùng với đường thẳng nối từ điện tích đến điểm đang xét.

+ Chiều: Đẩy ra xa Q nếu Q > 0. Hướng vào Q nếu Q < 0.

+ Độ lớn: $ E = \frac {F}{q} = k\frac{\left| {Q} \right|}{\varepsilon r^2} $

- Từ biểu thức trên, ta dễ dàng thu được: $ \vec F = q \vec E $. Điều nay cho thấy:

+ q > 0 : $\vec E $ cùng phương, cùng chiều với $\vec F $.

+ q < 0 : $\vec E $ cùng phương, ngược chiều với $\vec F $.

3. Đường sức điện trường: Là đường được vẽ trong không gian có điện trường sao cho tiếp tưyến với nó tại mỗi điểm có giá trùng với giá của vector cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác đường sức điện trường là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.

- Tính chất của đường sức điện:

+ Qua mỗi điểm trong điện trường, ta chỉ vẽ được 1 và chỉ 1 đường sức điện (các đường sức điện không bao giờ cắt nhau).

+ Đường sức điện là những đường có hướng, hướng của đường sức điện là hướng của vector cường độ điện trường tại đểm đó.

+ Đường sức của điện trường tĩnh là đường cong không kín.

+ Người ta qui ước, nơi nào điện trường mạnh thì vẽ đường sức điện dày, nơi nào điện trường yếu thì vẽ đường sức điện thưa.

4. Điện trường đều: Là điện trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm, đường sức điện là những đường thẳng, song song, cùng chiều và cách đều nhau.

5. Nguyên lí chồng chất điện trường: các điện trường $ {\vec E_1}, {\vec E_2}, {\vec E_3} $ đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập với nhau thì điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp $ \vec E $ với:

$ \vec E = {\vec E_1} + {\vec E_2} + {\vec E_3} + ...$

- Xét trường hợp tại điểm đang xét chỉ có 2 cường độ điện trường:

+ Nếu $ {\vec E_1} \uparrow \uparrow {\vec E_2} \Rightarrow E = {E_1} + {E_2} $

+ Nếu $ {\vec E_1} \uparrow \downarrow {\vec E_2} \Rightarrow E = \left| {{E_1} - {E_2}} \right| $

+ Nếu $ {\vec E_1} \bot {\vec E_2} \Rightarrow E = \sqrt {E_1^2 + E_2^2} $

+ Tổng quát: $ \left( {{\vec E}_1},{{\vec E}_2} \right) = \alpha \Rightarrow E = \sqrt {E_1^2 + E_2^2 + 2{E_1}{E_2}\cos \alpha } $

1. Công của lực điện: Công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều (trong điện trường bất kì vẫn đúng) từ M đến N là A_MN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

A_MN = qEd

Với d là độ dài đại số của hình chiếu của đường đi MN lên chiều của đường sức điện.

- Lực (hay trường) sinh công thỏa mãn điều kiện trên gọi là lực (hay trường) thế. Do đó: Lực tĩnh điện là lực thế, trường tĩnh điện là trường thế.

2. Thế năng: Thế năng của điện tích đặt tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích tại điểm đó.

- Thật ra, thế năng của một điện tích điểm q đặt tại điểm M trong điện trường chính bằng năng lượng điện đường cần thiết để đem điện tích đó từ M về mốc thế năng (ở đây mốc thế năng là ở vô cực).

W_M = A_M∞ = qV_M

* Trường hợp trong điện trường của điện tích điểm Q, thì điện tích q có thế năng: $ {W} = q\left( {k\frac{Q}{{{r}}}} \right) $

* Liên hệ giữa công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường: Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện trường tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường.

A_MN = W_M - W_N = W_đN - W_đM

Trong đó V_M gọi là điện thế tại M.

3. Điện thế: Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích.

$ V_M = \frac{{{A_{M\infty }}}}{q} $

Đơn vị điện thế là vôn (V).

- Đặc điểm:

+ Điện thế là đại lượng đại số.

+ V_đất = V_∞ = 0

* Trường hợp trong điện trường của điện tích điểm Q, thì điện thế tại 1 điểm có dạng: $ {V} = \left( {k\frac{Q}{{{r}}}} \right) $

4. Hiệu điện thế: Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là hiệu số của điện thế tại M và điện thế tại N. Nó là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N và độ lớn của q.

$ U_{MN} = V_{M} - V_{N} = \frac{A_{MN}}{q}$

* Liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường:

Ta có: $A_{MN} = qU_{MN} = qEd$

$\Rightarrow U_{MN} = Ed$

1. Vật dẫn trong điện trường Khi vật dẫn đặt trong điện trường mà không có dòng điện chạy trong vật thì ta gọi là vật dẫn cân bằng điện. Khi đó:

- Bên trong vật dẫn cân bằng điện: cường độ điện trường bằng không.

- Mặt ngoài vật dẫn cân bằng điện: cường độ điện trường có phương vuông góc với mặt ngoài.

- Điện thế tại mọi điểm trên vật dẫn cân bằng điện bằng nhau, còn gọi là mặt đẳng thế.

- Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật, sự phân bố là không đều, tập trung nhiều ở chỗ lồi nhọn.

2. Điện môi trong điện trường: Khi đặt một khối điện môi trong điện trường thì nguyên tử của chất điện môi được kéo dãn ra một chút và chia làm 2 đầu mang điện tích trái dấu (điện môi bị phân cực). Kết quả là trong khối điện môi hình thành nên một điện trường phụ ngược chiều với điện trường ngoài

1. Định nghĩa:

Tụ điện là một hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và cách điện với nhau. Tụ điện phẳng là một hệ thống gồm hai bản kim loại phẳng đặt song cách điện nhau.

- Điện tích của hai bản bằng nhau về độ lớn nhưng trái dấu. Ta gọi độ lớn của điện tích trên bảng tích điện dương là điện tích của tụ điện.

- Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được đo bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện.

$ C = \frac{Q}{U} $

+ Đơn vị F hoặc µF.

+ Điện dung của tụ điện phẳng tỉ lệ với phần diện tích đối diện nhau của hai bản, với hằng số điện môi của điện môi giữa hai bản và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản.

$ C = \frac{\varepsilon S}{9.10^9 4 \pi d} $

Với S là phần diện tích đối nhau giữa hai bản, d là khoảng cách giữa hai bản, ε là hằng số điện môi giữa hai bản.

- Hiệu điện thế tới hạn là hiệu điện thế tối đa mà tụ điện còn có thể chịu đựng được.

- Năng lượng tụ điện: khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trử một năng lương. Đó là năng lượng điện trường.

$ \begin{gathered} W = Q\frac{U}{2} = \frac{1}{2}C{U^2} = \frac{1}{2}\frac{{{Q^2}}}{C} \\ = \frac{\varepsilon E^2}{9.10^9.8\pi}V \\ \end{gathered} $

Ghép nối tiếp (C_tđ giảm)

Ghép song song (C_tđ tăng)

$\frac{1}{C_{nt}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}$

Q_nt = Q₁ = Q₂

U_nt = U₁ + U₂

C_// = C₁ + C₂

Q_// = Q₁ + Q₂

U_// = U₁ = U₂

Vật lí Phổ thông

Chuyên trang Trắc nghiệm Trực tuyến môn Vật lí

Vật lý Lớp 11

Chương 1: Điện tích - Điện trường