Điện trường là gì

Điện trường được định nghĩa là môi trường điện được tạo ra từ các đường điện lực bao quanh lấy điện tích. Hãy cùng Toploigiai đi tìm hiểu chi tiết về điện trường qua nội dung bài viết dưới đây nhé.

Điện trường là gì?

Điện trường được định nghĩa là môi trường điện được tạo ra từ các đường điện lực bao quanh lấy điện tích. Nói cách khác thì điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh các điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường có tác dụng lực điện lên các điện tích khác được đặt trong nó. Nó là một đại lượng Vật Lý có hướng (vecto) được biểu diễn thông qua vectơ cường độ điện trường, ký hiệu E. 

Cường độ điện trường trong không gian thường được biểu diễn bằng các đường sức điện trường. Vectơ của cường độ điện trường có phương trùng với phương tiếp tuyến của đường sức điện trường và chiều trùng với chiều của đường sức điện trường. 

Nơi nào có điện tích thì xung quanh điện tích đó sẽ có điện trường.

Một điện tích Q nằm tại một điểm trong không gian sẽ tạo ra một điện trường xung quanh nó. Một điện tích q nằm bên trong điện trường đó sẽ bị Q tác dụng một lực điện và ngược lại. Trong đó q cũng tác dụng lên Q một lực đối.

Điện trường là yếu tố đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực Vật lý và được khai thác rất nhiều trong công nghiệp điện. Tại quy mô nguyên tử thì điện trường giữ vai trò là lực tương tác chính giữa hạt nhân và các electron trong nguyên tử. Điện trường và từ trường đều là những biểu hiện của điện từ và là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.

Lực điện trường và định luật Culông

- Lực tĩnh điện chỉ tồn tại trong điện trường nên lực tĩnh điện còn gọi là lực điện trường

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 )

Cường độ điện trường là gì?

Cường độ điện trường là một đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực. Đơn vị đo của cường độ điện trường là V/m (Vôn trên mét).

Ta có, một điện tích q nằm bên trong điện trường có cường độ điện trường được thể hiện bằng vecto , chịu lực tĩnh điện và được thể hiện bằng vectơ lực . Lúc này ta có biểu thức:

Vậy

Cường độ điện trường được gây ra bởi điện tích điểm được tính bằng công thức như sau:

Trong đó:

• q: là độ lớn của điện tích
• ε₀: là độ điện thẩm chân không
• ε: hằng số điện môi của môi trường
• r: là khoảng cách từ điện tích đến điểm mà chúng ta xét.

Với cường độ điện trường này thì một điện tích khác sẽ nằm trong nó và chịu lực điện tỷ lệ tích hai điện tích và có tỉ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách đó. Đây chính là lực Coulomb (Cu lông).

Để tính được điện trường từ một vật mang điện gây ra, ta có thể chia nó ra thành nhiều vật nhỏ hơn. Nếu phép chia hướng đến một giới hạn nào đó thì vật nhỏ mang điện sẽ trở thành một điện tích. Khi đó ta có thể áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường.

Cường độ điện trường tại một điểm nằm trong điện trường do N điện tích điểm gây ra bằng tổng vectơ của cường độ điện trường do từng điện tích điểm gây ra tại điểm đó.

Cường độ điện trường công thức tính tại một điện tích điểm

Để tính cường độ điện trường tại một điện tích điểm Q ta sẽ có công thức sau:

Định luật Coulomb

Lực Coulomb chính là lực tương tác giữa các điện tích cho thấy điện tích cùng loại sẽ đẩy nhau và điện tích khác loại sẽ hút nhau. Lực Coulomb này là do nhà Vật Lý người Pháp tên Charles-Augustin de Coulomb tìm ra vào năm 1758.

Lực Coulomb tỷ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 2 điện tích.

Lực Coulomb được ký hiệu bằng F_Q và được đo bằng đơn vị Niutơn (N). 

Theo định luật Coulomb, khi có 2 điện tích nằm kề nhau thì:

• Điện tích khác loại sẽ hút nhau, âm sẽ hút dương
• Điện tích đồng loại sẽ đẩy nhau.

Công thức của lực Coulomb 

Lực hút giữa 2 điện tích khác nhau sẽ được gọi là lực tỉnh điện hay lực Coulomb. Lực này được tính bởi công thức:

Trong đó:

• F_Q là lực tĩnh điện
• Q là điện tích
• r: là khoảng cách giữa 2 điện tích
• K: là hằng số hấp dẫn.

Khi có 2 điện tích cùng giá trị nằm kề nhau thì lực tĩnh điện giữa 2 điện tích:

và

Q₊ = Q_-

Điện trường của điện tích:

Điện thế của điện tích:

Năng lượng của điện:

Đường sức điện là gì?

Theo nghiên cứu người ta chứng minh được rằng, các hạt nhỏ bên trong đã bị nhiễm điện và nằm dọc theo phương của lực điện. Tập hợp các hạt nhỏ này sẽ nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm theo phương của vectơ cường độ điện trường tại đó. Mỗi đường đó sẽ được gọi là một đường sức điện.

Như vậy đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó và là giá của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác thì đường sức điện chính là đường mà lực đã điện tác dụng dọc theo nó.

Đường sức điện trường có đặc điểm là:

- Tại mỗi điểm trong điện trường thì chỉ có một và chỉ một đường sức điện mà thôi.

- Đường sức điện là những đường có hướng và hướng của đường sức điện tại một điểm chính là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.

- Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là một đường không khép kín. Nó đi ra ở điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

- Tuy các đường sức từ rất dày đặc nhưng người ta chỉ vẽ ra một số ít những đường theo quy tắc sau : Số đường sức đi qua một điện tích nhất định được đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường có vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với nhau. Còn đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều.

Điện trường nằm trong một điện môi đồng chất ở giữa hai bản kim loại phẳng được đặt song song với nhau và có điện tích bằng nhau, trái dấu sẽ được gọi là một điện trường đều.