Điện trường là gì ?

1. Điện trường, Lực điện trường

• Các điện tích cùng dấu đẩy nhau, các điện tích trái dấu hút nhau là do lực tĩnh điện xuất hiện giữa các điện tích đó.
• Môi trường xung quanh các điện tích có tồn tại lực tĩnh điện gọi là điện trường.
• Lực tĩnh điện chỉ tồn tại trong điện trường nên lực tĩnh điện còn gọi là lực điện trường

2. Định luật Culông

• Một điện tích Q sẽ tạo ra xung quanh nó một điện trường. Đưa vào điện trường này một điện tích dương q ( gọi là điện tích thử ). Lực điện trường tác dụng giữa hai điện tích này có:
• Độ lớn xác định theo biểu thức của định luật Culông: F = q.Q/d²

                                      d– khoảng cách giữa hai điện tích q và Q

Công thức trên đúng khi không gian xung quanh các điện tích là chân không, Nếu không gian xung quanh các điện tích là chất điện môi có hằng số điện môi e thì lực điện trường giảm đi e lần xác định theo biểu thức:

F= .10⁹.q.Q/e.d²

Như vậy, độ lớn của lực điện trường phụ thuộc độ lớn của các điện tích và có giá trị càng nhỏ tại điểm càng xa điểm đặt điện tích Q ( là điện tích gây nên điện trường ) trong môi trường chân không, lực điện trường là lớn nhất

Trong hệ đơn vị hợp pháp SI:

F có đơn vị là Niu tơn (N); Q và q có đơn vị là culông (C ); d có đơn vị là mét (m)

Đơn vị đo điện tích là: Culông ( C). Hai vật nhiễm điện đặt cách nhau 1mét (m) thì lực tính điện tác dụng giữa chúng là 1 Niutơn (N) khi lượng điện tích trong mỗi vật là 1Culông (C).

Trên thực tế, một vật nhiễm lượng điện tích 1 Culông là lượng điện tích rất lớn

• Phương của lực điện trường là đường thẳng nối hai điện tích Q và q
• Chiều của lực điện trường hướng ra xa nếu Q dương ( tức là Q và q  cùng dấu, hình H1.2a) và hướng vào nhau nếu Q âm ( tức là Q và q  trái dấu, hình H1.2b)

 Như vậy, lực điện trường là một đại lượng có hướng ( véc tơ )

3. Cường độ điện trường

• Lập tỷ số: E = F/q . Gọi E là véc tơ cường độ điện trường ( gọi tắt là cường độ điện trường ) gây bơỉ điện tích Q, không phụ thuộc vào điện tích thử q. Độ lớn của cường độ điện trường E phụ thuộc độ lớn của điện tích Q tạo ra điện trường. ở điểm càng xa so với điểm đặt của điện tích Q, cường độ điện trường càng nhỏ.
• Độ lớn của cường độ điện trường: E = 9.10⁹.Q/e.d²

Đơn vị của cường độ điện trường: C/m² . 1 C/m² là cường độ điện trường sinh bởi điện tích 1 Culông tại điểm cách điện tích đó 1mét.

Ghi chú: ở phần sau khi đưa ra khái niệm điện thế, điện áp sẽ có định nghĩa đơn vị đo cường độ điện trường theo đơn vị đo điện thế.

• Phương của E là đường thẳng nối từ vị trí đặt điện tích Q (tạo ra điện trường) đến điểm cần xác định cường độ điện trường
• Chiều của E hướng ra xa điện tích Q nếu Q là điện tích dương và hướng về Q nếu Q là điện tích âm.

Nghĩa là: Phương và chiều của cường độ điện trường trùng với lực điện trường

• Cường độ điện trường đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại mỗi điểm trong điện trường.

4. Công của lực điện trường, Điện áp, Điện thế

• Trong điện trường sinh bởi điện tích Q, cường độ điện trường E tạo ra lực điện trường F tác dụng lên điện tích thử q dương làm cho diện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường, khoảng cách giữa điểm M và N là d. Công A_MN làm điện tích q di chuyển từ M đến N gọi là công của lực điện trường (còn gọi là công của điện trường), A_MN không phụ thuộc vào dạng đường di chuyển của q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và điểm cuối N ( nghĩa là chỉ phụ thuộc vào khoảng cách d ):

 A_MN = F.d = q.E.d                                  Đơn vị của A_MN là Jun (J).

1 Jun là công của lực điện trường có cường độ điện trường 1 C/m² làm di chuyển điện tích thử 1Culông một khoảng cách là 1mét.

• Lập tỷ số U_MN  =  A_MN/q  gọi là điện áp giữa hai điểm M,N trong điện trường có cường độ điện trường E. Do đó:   U_MN = q.E.d/q = E.d
• Cũng trong điện trường đó, công của lực điện trường làm điện tích thử q dương di chuyển từ điểm M đến xa vô cùng là A_M¥, công của lực điện trường làm điện tích thử q dương di chuyển từ điểm N đến xa vô cùng là A_N¥. Vì vậy, A_MN = A_M¥ – A_N¥
• Lập tỷ số: A_MN/q = A_M¥ /q – A_N¥/q. Đặt:
• j_M = A_M¥ /q gọi là điện thế tại điểm M trong điện trường
• j_N = A_N¥/q gọi là điện thế tại điểm N trong điện trường
• j_M – j_N gọi là hiệu điện thế giữa hai điểm M,N. Điện áp giữa hai điểm trong điện trường là hiệu điện thế giữa hai điểm đó.
• Từ những trình bày ở trên, có thể nói:
  • Điện tích đứng yên đã tạo ra một điện trường xung quanh điện tích đó. Điện trường

      này đã dự trữ một năng lượng và có khả năng sinh công  làm cho điện tích khác

      chuyển động trong điện trường. Điện thế tại mỗi điểm trongđiện trường đặc trưng cho

      khả năng sinh công của điện trường tại điểm đó. Giữa hai điểm trong điện trường có

      sự  chênh lệch về điện thế ( điện áp ).

• Ngựơc lại, nếu có một điện áp đặt tại hai điểm trong chất điện môi ( vật chất ) nào đó, thì sẽ tạo ra một điện trường giữa hai điểm đó, nghĩa là trong chất điện môi đó đã

         tích trữ  một lượng điện tích. Trong trường hợp đó nói rằng: Vật chất đã tích luỹ một

          năng lượng dưới dạng điện trường.

• Đơn vị của điện thế:

Từ những quan hệ trên rút ra j = Q/d. Do đó, đơn vị của điện thế là Vôn (V). V = C/m Trong điện trường sinh bởi điện tích 1Culông, tại điểm cách xa điện tích đó 1 mét, có điện thế bằng 1Vôn.

Điện trường do điện tích tạo ra càng lớn thì điện thế tại một điểm trong điện trường đó càng lớn. Điểm càng xa điểm đặt của điện tích có điện thế càng nhỏ

• Đơn vị của điện áp:

Vì điện áp là hiệu điện thế nên đơn vị của điện áp cũng là Vôn (V). 1 Vôn là điện áp giữa hai điểm cách nhau 1 mét trong điện trường có cường độ 1C/1m² sinh bởi điện tích 1 Culông.

Một định nghĩa khác của đơn vị cường độ điện trường: Từ định nghĩa đơn vị của điện thế (V) ta có: C/m² = V/m

1V/m là cường độ điện trường sinh bởi điện tích 1 Culông tại điểm cách điện tích đó 1mét

Hình 1.3a, 1.3b

• Trên hình H1.3 a

Giả sử điện tích Q dương đặt tại điểm O sinh ra điện trường xung quanh điểm đó. Hai điểm M, N trong điện trường thẳng hàng với O.

                 Rõ ràng: E_M > E_N , j_M > j_N , U_MN > 0

Chiều dương của điện áp từ điểm có điện thế cao M đến điểm có điện thế thấp N . Chiều dương của điện áp ùng chiều với cường độ điện trường. Trong điện trường này, điện tích q dương chuyển động từ điểm M đến điểm N (cùng chiều với cường độ điện trường ), điện tích q âm chuyển động từ điểm N đến điểm M ( ngược chiều với cường độ điện trường).

• Trên hình H1.3 b

Giả sử điện tích Q âm đặt tại điểm O sinh ra điện trường xung quanh điểm đó. Hai điểm M, N trong điện trường thẳng hàng với O.

                 Rõ ràng: E_M > E_N , j_M < j_N , U_MN > 0

Chiều dương của điện áp từ điểm có điện thế cao N đến điểm có điện thế thấp M . Chiều dương của điện áp cùng chiều với cường độ điện trường. Trong điện trường này, điện tích q dương chuyển động từ điểm N đến điểm M (cùng chiều với cường độ điện trường ), điện tích q âm chuyển động từ điểm M đến điểm N ( ngược chiều với cường độ điện trường).

Vậy chiều dương của điện áp luôn cùng chiều với cường độ điện trường. Điện tích dương chuyển động cùng chiều với cường độ điện trường, điện tích âm thì ngược lại.