BÀI 18. ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU

II. ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU GIỮA HAI BẢN PHẲNG NHIỄM ĐIỆN ĐẶT SONG SONG

Bài 1: Để chuẩn đoán hình ảnh trong y học người ta thườngsử dụng tia X (hay tia Rơn Ghen) để chụp X quang và chụp CT. Cho rằng vùng điện trường giữa hai cực của ống tia X (Hình 18.2) là một điện trường đều. Khoảng cách giữa hai cực bằng 2 cm, hiệu điện thế giữa hai cực là 120 KV. Hãy tính lực điện trường tác dụng lên electron.

Giải nhanh:

 E===6.10⁶(V/m)

F==1,6.10⁻¹⁹.6.10⁶=9,6.10⁻¹³ (N)

III. TÁC DỤNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU ĐỐI VỚI CHUYỂN ĐỘNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH

Bài 1: Giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện có cường độ điện trường đều là E. Một điện tích q > 0 có khối lượng m bay vào trong điện trường đều trên với vận tốc v theo phương vuông góc với đường sức. Môi trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện là chân không. Biết rằng trong hiện tượng này, trọng lực là rất nhỏ so với lực điện. Hãy so sánh vectơ lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 với vectơ trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m chuyển động ném ngang trong trường trọng lực như Hình 18.4. Từ đó chỉ ra rằng có sự tương tự giữa hai chuyển động nói trên.

Giải nhanh:

a) Vì điện tích q > 0 nên lực điện tác dụng lên điện tích cùng phương và chiếu với điện trường nên ta có Độ lớn của lực được xác định bằng biểu thức: F = qE.
Trùng với phương và chiều của trọng lực.  Phương thẳng đứng, chiều từ trên 

xuống dưới.
Công thức F = qE và P = mg tính tương tự nhau. Trong đó q tương ứng với m (số đo của hạt); E tương ứng với g (cường độ của trường).
b) Ta thấy có sự tương tự giữa hai chuyển động trong hai hình trên  có phương ngang, cùng chiều

Bài 2: Hãy thảo luận về tác dụng của điện trường đều lên chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện: 

a)Ảnh hưởng như thế nào đến vận tốc của chuyển động?

b)Từ đó dự đoán dạng quỹ đạo chuyển động.

Giải nhanh:

a) Chuyển động điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện tương tự như chuyển động ném ngang một vật có m khối lượng trong trường trọng lực. Dưới tác dụng của điện trường đều, vận tốc của q sẽ liên tục đối phương và tăng dẫn về độ lớn.

b)  Quỹ đạo chuyển động của điện tích q khi bay vào điện trường tương tự như quỹ đạo của vật m ném ngang và có dạng parabol.

IV. ỨNG DỤNG

Bài 1: Dao động kí là một loại thiết bị dùng để hiển thị dạng tín hiệu đưa vào. Cấu tạo của một dao động kí gồm 4 bộ phận chính: Ông phóng tia điện tử, màn huỳnh quang, súng điện tử, hệ thống lái tia (Hình 18.6). Ông phóng tia điện tử phát ra electron bay qua hai bản lái tia theo phương x và phương y rồi đập lên màn huỳnh quang tạo ra mỗi điểm sáng trên màn.

Giải nhanh:

Quỹ đạo của điện tích trong điện trường đều phụ thuộc vào vận tốc ban đầu và cường độ điện trường.

• Ua điều chỉnh vận tốc ban đầu của điện tử.
• Uy điều chỉnh quỹ đạo tia điện tử theo phương y. Thay đổi điện áp trên bản lái tia theo phương y hoặc Ua sẽ làm tọa độ y của tia trên màn hình thay đổi.
• Ux làm tọa độ tia điện tử trên màn hình tăng dần theo phương x, thường là trục thời gian.
• Hình ảnh trên màn huỳnh quang mô tả tín hiệu đầu vào của Uy và Ux.

Bài 2: Hãy tìm hiểu về công nghệ ion âm lọc không khí được sử dụng rất phổ biến hiện nay (để lọc không khí trong ô tô, trong gia đình, trong nhà xưởng, .. ). Máy hút ẩm (Hình 18.7) trong trường hợp này các ion âm được phát ra theo phương vuông góc với đường sức điện trường. Hãy nêu tác dụng của điện trường đều của Trái Đất đối với chuyển động của chùm ion âm để giải thích cho khả năng lọc bụi của chúng

Giải nhanh:

Điện trường của Trái Đất, coi là đều và hướng thẳng xuống, ảnh hưởng đến phương chiếu và vận tốc của các ion âm. Quỹ đạo chuyển động của các ion âm là đường parabol hướng lên trên, thay đổi tùy theo vận tốc ban đầu, làm chùm ion âm phân tán rộng.

Ứng dụng trong công nghệ ion âm lọc không khí tận dụng hiệu ứng này, giúp các ion âm phân tán và tiếp cận hạt bụi mịn nhiễm điện dương để lọc không khí.

.

Bài 3: Máy lọc không khí tạo ra chùm các ion âm OH- (mỗi ion OH có khối lượng m = kg, điện tích có vận tốc ban đầu từ 20 m/s đến 40 m/s theo phương song song với mặt đất và cách mặt đất 50 cm. Điện trường đều đo được ở bề mặt Trái Đất là 114 V/m. Bỏ qua trọng lực và các loại lực cản khác. Hãy xác định quỹ đạo của chùm ion âm này.

Giải nhanh:

Vector cường độ điện trường hướng từ trên xuống dưới ngược chiều với Oy nên hình chiếu trên phương Oy sẽ có giá trị âm.

Lực điện tác dụng lên ion âm chiếu trên phương Oy có giá trị bằng: F= -qE

Lực điện F tác dụng lên ion âm chiếu trên phương Oy bằng 

F= -qE = - ( ) . 114 =

•  Phương trình chuyển động theo phương Ox: x=v₀.t(1)
•  Phương trình chuyển động theo phương Oy: y=a_y.t² =t²

• = .

• Từ (1) và (2) ta thu được phương trình quỹ đạo của chuyển động:   với v₀ =20 m/s đến 40 m/s 
• Với v_o = 20 m/s ta thu được y₁=8,048.x²
  Với v_o = 40 m/s ta thu được y₂=2,012.x²
• Chùm ion phân tán từ đường parabol y₁ đến parabol y₂