Mô tả tác dụng điện trước khi đặt điện tích thử
Ta có thể mô tả tác dụng điện tại một điểm trước khi đặt điện tích thử vào đó. Đại lượng dùng để mô tả là cường độ điện trường.
Cường độ điện trường và nguyên lí chồng chất
Điện trường truyền tương tác điện. Với điện tích thử q đủ nhỏ:
$$\vec F=q\vec E.$$
Chiều E là chiều lực lên điện tích thử dương; điện tích âm chịu lực ngược E. Điện trường của điện tích điểm Q trong chân không có độ lớn $E=k|Q|/r^2$, hướng ra xa Q nếu Q dương, hướng về Q nếu Q âm. Đơn vị N/C hoặc V/m.
Đường sức có tiếp tuyến theo E; đường của các điện tích điểm dương hướng ra, âm hướng vào. Các đường không cắt nhau. Khi có nhiều nguồn, $\vec E=\vec E_1+\vec E_2+\cdots$: cộng vectơ, không cộng mọi độ lớn bất kể hướng.
Tách nguồn điện trường khỏi điện tích thử
Điện tích nguồn Q tạo điện trường tại M. Thay điện tích thử q bằng 2q, lực điện tăng hai lần nhưng E = F/q vẫn như cũ, nếu điện tích thử đủ nhỏ để không làm thay đổi phân bố nguồn. Nếu đổi q từ dương sang âm, lực đổi chiều còn vectơ E do Q tạo ra không đổi.
Các mũi tên trong hình mô tả E ở những điểm quanh một điện tích nguồn. Mật độ đường sức là cách biểu diễn độ mạnh tương đối của trường; đường sức không phải dây dẫn hoặc quỹ đạo bắt buộc của một điện tích đang chuyển động.
Ví dụ: tổng hợp hai vectơ điện trường cùng phương
Tại M, hai vectơ điện trường cùng phương, E₁ = 300 N/C sang phải, E₂ = 100 N/C sang trái. Chọn phải dương, E = 300 − 100 = 200 N/C sang phải. Đặt q = −2 μC tại M, độ lớn lực là 0,0004 N và hướng sang trái vì q âm.
Áp dụng
Điện tích âm đặt trong điện trường khác không chịu lực điện theo hướng nào so với điện trường?
Chiều này đúng với q dương.
Lực điện không có quy tắc vuông góc như vậy.
Đúng: dấu q quyết định chiều lực.
Nếu E khác 0 và q khác 0 thì có lực điện.
Lời giải
$\vec F=q\vec E$. Vì $q<0$, vectơ lực điện ngược chiều vectơ điện trường.
Áp dụng
Hai điện tích dương bằng nhau đặt đối xứng qua trung điểm $M$. Điện trường tổng hợp tại $M$ bằng bao nhiêu?
Hai điện tích đối xứng nên khoảng cách tới $M$ bằng nhau.
Điện trường do các điện tích nguồn tồn tại dù không đặt điện tích thử.
Đúng. Mỗi điện tích vẫn tạo trường, nhưng hai trường triệt tiêu tại $M$.
Tại điểm giữa hai điện tích dương, hai vectơ điện trường hướng ngược nhau.
Lời giải
Tại $M$, hai điện tích dương cách đều nên tạo hai vectơ $\vec E$ cùng độ lớn nhưng ngược hướng. Cộng vectơ cho $\vec E_{tổng}=0$. Chọn C.
Ví dụ: tìm điểm điện trường bằng không
Hai điện tích dương Q₁ = 1 nC, Q₂ = 4 nC đặt tại A, B cách nhau 0,30 m. Giữa A và B, hai vectơ điện trường ngược chiều; ngoài đoạn AB chúng cùng chiều, nên điểm E = 0 nếu có phải ở giữa.
Gọi AM = x, BM = 0,30 − x. Điều kiện hai độ lớn bằng nhau:
$$\frac{1}{x^2}=\frac{4}{(0,30-x)^2}.$$
Vì các khoảng cách dương, 0,30 − x = 2x, suy ra x = 0,10 m. Điểm này gần điện tích nhỏ hơn. Sau tính cần kiểm hướng: bằng độ lớn nhưng cùng chiều thì không thể triệt tiêu.
Nếu hai điện tích trái dấu, điện trường giữa chúng cùng chiều; không tìm E = 0 ở giữa chỉ vì hai khoảng cách bằng nhau. Luôn xét miền và hướng trước khi giải phương trình.
Những điều cần nhớ
Điện trường thuộc nguồn; lực còn phụ thuộc điện tích đặt vào. Tổng hợp theo hướng vectơ.
Đang học