BÀI 11: ĐỊNH LUẬT COULOMB VỀ TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆN

I. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

1. Hai loại điện tích

*Thảo luận 1 (SGK – tr68)

- Quả cầu này mang điện tích âm, nên nó đang thừa electron.

- Số electron thừa:

n=$\frac{\left | q \right |}{e}$=$\frac{3,2.10^{-7}}{1,6.10^{-19}}$=2.10$^{12}$ electron.

*Kết luận

- Một vật bị nhiễm điện có khả năng hút các vật nhẹ khác thì được gọi là vật tích điện.

- 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. Đơn vị đo điện tích là culông (C).

- Trong mỗi vật luôn chứa cả hai loại điện tích dương và âm. Một vật nhiễm điện dương hoặc âm khi vật chứa lượng điện tích dương nhiều hơn lượng điện tích âm hoặc ngược lại. Khi tổng điện tích bằng 0 thì vật trung hòa về điện.

- Điện tích nguyên tố có giá trị bằng độ lớn điện tích của một hạt mang điện tồn tại độc lập trong tự nhiên và có giá trị: e=1,6.10$^{-19}$C.

- Tất cả các vật tích điện đều có độ lớn điện tích q luôn là một bội số của điện tích nguyên tố: q = ne (với n  là số tự nhiên)

2. Sự nhiễm điện của các vật

*Thảo luận 2 (SGK – tr69)

Có thể thực hiện các thí nghiệm sau:

+ Dùng thước nhựa (hoặc lược nhựa, miếng thủy tinh) cọ xát với vải khô hoặc mảnh lụa, sau đó để gần các vụn giấy nhỏ hoặc gần tóc, ta sẽ thấy thước nhựa hút các vụn giấy nhỏ hoặc tóc.

+ Dùng quả bóng bay cọ xát với tóc rồi kéo dần quả bóng bay ra, ta thấy quả bóng bay hút các sợi tóc; hoặc để quả bóng bay gần các vụn giấy nhỏ, ta thấy quả bóng bay cũng hút các vụn giấy.

*Kết luận

- Nhiễm điện do cọ xát: là sự nhiễm điện khi các vật khác bản chất, trung hòa về điện được cọ xát với nhau. Khi đó, hai vật sẽ nhiễm điện trái dấu.

- Nhiễm điện do tiếp xúc: là sự nhiễm điện khi một vật trung hòa về điện đặt tiếp xúc với một vật nhiễm điện. Khi đó, hai vật sẽ nhiễm điện cùng dấu.

- Nhiễm điện do hưởng ứng: là sự nhiễm điện khi một vật A (vật dẫn điện) trung hòa về điện đặt gần (không tiếp xúc) với một vật B nhiễm điện. Khi đó, hai đầu vật A, gần và xa vật B, lần lượt nhiễm điện trái dấu và cùng dấu với vật B. Khi đưa hai vật ra xa, vật A trở về trạng thái trung hòa như lúc đầu.

*Luyện tập (SGK – tr70)

a) Khi chúng ta mặc, co kéo quần áo; chải đầu bằng lược nhựa hoặc thực hiện các hoạt động khác, cơ thể chúng ta có thể bị nhiễm điện. Lúc đó, khi tay người chạm vào nắm cửa kim loại thì sẽ có một dòng điện tích được phóng ra giữa tay người và nắm cửa kim loại trong khoảng cách gần gây ra hiện tượng điện giật.

b) Khi máy tính hoạt động, trong một số điều kiện, vỏ kim loại của máy tính, sẽ có một dòng điện tích được phóng ra giữa tay người và vỏ kim loại của máy tính trong khoảng cách gần gây ra hiện tượng điện giật.

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB

*Thảo luận 3 (SGK – tr71)

Các cặp lực $\underset{F_{12}}{\rightarrow}$ và  $\underset{F_{21}}{\rightarrow}$ không phải các cặp lực cân bằng vì chúng tuy cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn nhưng lại đặt vào hai vật khác nhau. Cặp lực $\underset{F_{12}}{\rightarrow}$ và $\underset{F_{21}}{\rightarrow}$ là cặp lực trực đối.

*Thảo luận 4 (SGK – tr72)

Vì trong nguyên tử còn có hạt nhân mang điện tích dương, lực tương tác tĩnh điện giữa hạt nhân và electron đủ lớn để giữ cho electron không bị bay ra khỏi mẩu sắt.

*Kết luận

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó (Hình 11.5), có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

F=k$\frac{\left | q_{1}q_{2} \right |}{r^{2}}$

Trong đó k là hằng số phụ thuộc vào cách chọn đơn vị của đại lượng; q$_{1}$, q$_{2}$ là các giá trị đại số của hai điện tích. Trong hệ đơn vị SI, k=$\frac{1}{4\pi \varepsilon _{0}}$=9.10$^{9}$ $\frac{Nm^{2}}{C^{2}}$ với $\varepsilon _{0}$=8,85.10$^{-12}$ $\frac{C^{2}}{Nm^{2}}$ là hằng số điện.

*Ví dụ (SGK – tr71)

- Điện tích electron: q$_{e}$=-1,6.10$^{-19}$C.

- Điện tích hạt nhân: q$_{p}$=1,6.10$^{-19}$C.

- Lực tương tác tĩnh điện giữa electron và proton là lực hút và có độ lớn:

F=k$\frac{\left | q_{e}q_{p} \right |}{r^{2}}$=9.10$^{9} \frac{\left | (-1,6.10^{-19}).(1,6.10^{-19}) \right |}{(5,3.10^{-11})^{2}}$=8,2.10$^{-8}$.

*Thảo luận 5 (SGK – tr72)

Hai vật nhỏ tích điện cùng dấu, chúng sẽ đẩy nhau. Khi chúng được giữ ở vị trí ban đầu rất gần nhau, sau đó được thả tự do thì chúng sẽ chuyển động về hai hướng ngược nhau, trên cùng một phương (đường nối đi qua tâm của hai vật nhỏ).

*Luyện tập (SGK – tr72)

- Lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực tương tác tĩnh điện giữa proton và electron, lực này là lực hút của proton đặt lên electron và nó đóng vai trò là lực hướng tâm.

- Phương của lực có phương bán kính (đường nối của proton và electron, chiều hướng vào tâm quỹ đạo.