Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích Định luật Coulomb [Cu-lông]
BÀI 16: TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH
Quảng cáo
- Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích
- Có hai loại điện tích trái dấu: điện tích dương và điện tích âm.
- Các điện tích cùng loại đẩy nhau, khác loại hút nhau.
- Lực tương tác giữa các điện tích được gọi là lực điện.
1. Đơn vị điện tích, điện tích điểm
- Điện tích được kí hiệu là "q", đơn vị là Coulomb [C], được đặt theo tên của nhà vật lí người Pháp Charles Coulomb.
- Điện tích điểm là vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm xét.
- Trong thí nghiệm vật lí, các quả cầu tích điện có bán kính nhỏ so với khoảng cách giữa chúng được coi là các điện tích điểm, khoảng cách giữa chúng là khoảng cách giữa tâm của các quả cầu.
2. Định luật Coulomb
- Coulomb cho rằng độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích phụ thuộc vào giá trị và khoảng cách giữa chúng.
- Coulomb sử dụng cân xoắn để xác định mối liên hệ giữa độ lớn lực tương tác giữa hai quả cầu tích điện với diện tích của hai quả cầu và khoảng cách giữa chúng.
- Định luật Coulomb: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích giá trị của hai điện tích điểm và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
\[F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\]
- Trong đó r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm q1, q2; k là hệ số tỉ lệ có độ lớn phụ thuộc vào môi trường trong đó đặt điện tích và đơn vị sử dụng.
- Khi các điện tích đặt trong chân không và hệ đơn vị sử dụng là SI thì k được xác định bởi: \[k = \frac{1}{{4\pi {\varepsilon _0}}}\]với ε0 là một hằng số điện ε0=8,85.10-12 C2/Nm2.
\=> Định luật Coulomb đối với các điện tích điểm đặt trong chân không có biểu thức: \[F = \frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}}\]hoặc \[F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\]với k=9.109 Nm2/C2
Sơ đồ tư duy về “Tương tác giữa hai điện tích”
Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Lí 11 - Kết nối tri thức - Xem ngay
2K7 tham gia ngay group để nhận thông tin thi cử, tài liệu miễn phí, trao đổi học tập nhé!
\>> Lộ Trình Sun 2025 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi [Luyện thi TN THPT & ĐGNL; ĐGTD] tại Tuyensinh247.com. Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.
Theo của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra [lực điện] và do từ trường tạo ra [lực từ].
Chú ý rằng "lực Lorentz" dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường, đôi khi chỉ cả lực điện từ. Lý do là trong lý thuyết điện từ và lý thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhất thành một trường tạo ra tương tác duy nhất gọi là trường điện từ. Đặc biệt, trong lý thuyết tương đối, biểu thức lực từ và lực tĩnh điện quy tụ về một .
Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử. Theo lý thuyết này, lực điện từ được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon.
Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.
Biểu diễn cổ điển[sửa | sửa mã nguồn]
Biểu thức toán học cổ điển của lực điện từ, khi cho biết cường độ điện từ trường và tính chất của hạt mang điện, là:
Trong đó:
- E là véc-tơ cường độ điện trường tại vị trí của hạt
- q là điện tích của hạt
- v là véc-tơ vận tốc chuyển động của hạt
- B là véc-tơ cảm ứng từ tại vị trí của hạt
- "×" là phép nhân véc-tơ.
Lực từ[sửa | sửa mã nguồn]
Thành phần gây ra bởi từ trường của lực này, còn gọi là lực từ hay đôi khi là lực Lorentz, có phương luôn vuông góc với phương chuyển động của hạt mang điện và làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện. Nếu hạt mang điện chuyển động theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ thì hạt sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn, nếu hạt chuyển động theo phương không vuông góc với đường cảm ứng từ thì quỹ đạo của nó sẽ là hình xoắn lò xo.
Lực tác động của từ trường lên dòng điện có nguyên nhân là thành phần này của lực Lorentz.
Lực từ giữa các cực của nam châm, cũng là tổng hợp lực gây ra bởi từ trường của nam châm này lên các electron chuyển động quanh nguyên tử ở nam châm kia, về bản chất cũng là thành phần này của lực Lorentz.
Lực điện[sửa | sửa mã nguồn]
Khi hạt điện tích đứng yên; lực điện từ đơn giản hoá thành lực tĩnh điện, là thành phần gây ra bởi điện trường:
Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương nằm trên một đường thẳng nối hai điện tích điểm, có chiều là chiều của lực hút nếu hai điện tích điểm trái dấu và đẩy nếu hai điện tích điểm cùng dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Độ lớn của lực được tính theo công thức:
với:
Công thức trên cũng có thể được viết ở dạng véc-tơ
với:
- là véc-tơ lực
- là véc-tơ nối hai điện tích điểm được tính theo:
ở đây: và là các véc-tơ vị trí của các điện tích điểm.
Biểu diễn trong thuyết tương đối[sửa | sửa mã nguồn]
Trong lý thuyết tương đối, công thức của lực điện từ hay lực Lorentz, liên hệ giữa thay đổi trạng thái chuyển động của hạt mang điện với cường độ của trường điện từ, là:
với m và q là khối lượng, và điện tích của hạt; Fαβ là tenxơ cường độ điện từ trường và:
là vận tốc-4 của hạt; τ là c [tốc độ ánh sáng] lần thời gian riêng của hạt.
Lực cơ bản[sửa | sửa mã nguồn]
Lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, theo mô hình chuẩn.
Theo lý thuyết điện động lực học lượng tử, lực này được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon.
Đây là lực nằm trong bản chất của hầu hết các loại lực mà con người thường quan sát thấy trong cuộc sống hằng ngày, ngoại trừ lực hấp dẫn của Trái Đất. Gần như mọi tương tác giữa các nguyên tử đều có thể quy về lực điện từ giữa proton và electron nằm bên trong. Nó sinh ra tương tác giữa các phân tử, và các lực đẩy và kéo khi tác động cơ học vào các vật, và tương tác giữa các quỹ đạo của electron, điều khiển các phản ứng hoá học.