Cường độ điện trường

Khái niệm:

- Cường độ điện trường $E$ tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện $F$ tác dụng lên một điện tích thử $q$ (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của $q$.

Chú thích:

$E$: cường độ điện trường $(V/m, N/C)$

$F$: độ lớn lực điện $\left(N\right)$

$q$: độ lớn của điện tích thử $\left(C\right)$

Các đặc điểm của đường sức điện:

- Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có một đường sức điện;

- Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vector cường độ điện trường tại điểm đó.

- Đường sức điện của điện trường là đường cong không kép kín. Nó đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

- Nếu chỉ có một điện tích thì các đường sức đi từ điện tích dương ra vô cực hoặc đi từ vô cực đến điện tích âm.

Phát biểu: 

Vector cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ có:

- Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử $q$ dương.

- Chiều dài (module) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỉ xích nào đó.

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn của lực điện tác dụng một điện tích thử q đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

Chú thích:

$E$: cường độ điện trường ($V/m$)

$F$: độ lớn lực điện tác dụng vào điện tích thử $q$ ($N$)

$q$: độ lớn điện tích thử $q$ ($C)$

$k$: hệ số tỉ lệ $9.{19}^{9 }$$\frac{N.m^2}{C^2}$

$Q$: điện tích tác dụng ($C)$

$\epsilon$: hằng số điện môi

$r$: khoảng cách từ điện tích điểm tác dụng đến điểm đang xét ($m)$

Cường độ điện trường là một đại lượng vector: $\stackrel{\rightharpoonup }{E}=\frac{\stackrel{\rightharpoonup }{F}}{q}$. Vector E có:

+ Điểm đặt tại điểm đang xét.

+ Phương trùng với phương của lực tác dụng lên điện tích thử q dương.

+ Có chiều: $\left\{\begin{array}{l}q>0: \stackrel{\rightharpoonup }{E} cùng hướng \stackrel{\rightharpoonup }{F} \\ q<0: \stackrel{\rightharpoonup }{E} ngược hướng \stackrel{\rightharpoonup }{F} \end{array}\right.$

+ Có độ lớn (module) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỉ xích nào đó. Trong hệ SI, đơn vị đo cường độ điện trường là V/m.

Trường hợp điện tích điểm và hệ điện tích điểm

+ Điểm đặt tại điểm đang xét.

+ Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét.

+ Chiều: 

* hướng ra xa Q nếu Q>0

* hướng về phía Q nếu Q<0

+ Độ lớn: $E=k.\frac{\left|Q\right|}{r^2}$; Đơn vị E là V/m.

Phát biểu:

- Các điện trường $\overrightarrow{E_1}$, $\overrightarrow{E_2}$ đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích $q$ một cách độc lập với nhau và điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp $\overrightarrow{E}$.

- Các vector cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành.

Vận dụng:

- $\overrightarrow{E_1} \uparrow \uparrow \overrightarrow{ E_2}$ => $E=E_1+E_2$

- $\overrightarrow{E_1} \uparrow \downarrow \overrightarrow{E_2}$ => $E= \left|E_1-E_2\right|$

- $\overrightarrow{E_1} \perp \overrightarrow{ E_2}$ => $E=\sqrt{{E_1}^2+{E_2}^2}$

- $\overrightarrow{E_1} và \overrightarrow{E_2}$ tạo thành một góc $\alpha$ => $E=\sqrt{{E_1}^2+{E_2}^2+2E_1{E}_2.\cos \alpha }$

Lực điện trong điện trường đều

1/Định nghĩa điện trường đều : điện trường đều là điện trường có cách đường sức điện song song và cách đều nhau , có cường độ điện trường như nhau.

2/Lực điện trong điện trường đều

a/Phát biểu: Đặt điện tích $q$ dương $(q>0)$ tại một điểm M trong điện trường đều, nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện $F$.

b/Đặc điểm : Lực $F$ là lực không đổi, có phương song song với các đường sức điện, chiều hướng từ bản dương sang bản âm, độ lớn bằng $qE$.

c/Công thức

$F=\left|q\right|E$

Với E là cường độ điện trường đều

Phát biểu: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều trừ M đến N là $A_{MN}=qEd$, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

Chú thích:

$A_{MN}$: công của lực điện dịch chuyển điện tích từ M đến N $\left(J\right)$

$q$: điện tích dịch chuyển $\left(C\right)$

$E$: cường độ điện trường $(V/m)$

$d=\overline{MH}$ là độ dài đại số, với M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi trên một đường sức $\left(m\right)$

Công thức liên hệ:

$A_{MN}=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{s}=Fs\cos \alpha$

Với $F=qE$ và $s\cos \alpha =d$, $\alpha =(\overrightarrow{E},\overrightarrow{s})$

Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là $V/m$.

Chú thích:

$E$: cường độ điện trường $(V/m)$

$U_{MN}$: hiệu điện thế giữa hai điểm M và N $\left(V\right)$

$d=\overline{MN}$ $\left(m\right)$

Phát biểu: 

- Điện trường có đường sức là đường cong kín gọi là điện trường xoáy.

- Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.

Hiện tượng cảm ứng điện từ làm xuất hiện dòng điện cảm ứng, tức là khi có từ trường biến thiên qua khung day kín. Sự xuất hiện dòng của dòng điện cảm ứng chứng minh mỗi điểm bên trong dây có một điện trường mà vector cường độ điện trường cùng chiều với dòng điện. Đường sức của điện trường này nằm dọc theo vòng dây tạo thành đường cong kín. Ta gọi đó là điện trường xoáy.

Kết luận: Tại nơi có từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.

Phát biểu:

- Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường. Đường sức của từ trường bao giờ của khép kín.

- Điện từ trường là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với nhau là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên.

Khái niệm: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Đặc điểm:

- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng $(c\approx 3.{10}^{8}m/s)$.

- Sóng điện từ cũng lan truyền được trong các điện môi với tố độ nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi $\epsilon$.

- Sóng điện từ là sóng ngang.

- Trong quá trình lan truyền, $\overrightarrow{E}$ và $\overrightarrow{B}$ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.

- Tại mỗi điểm dao động, điện trường và từ trường luôn cùng pha với nhau.

- Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ,... sóng điện từ.

- Sóng điện từ mang năng lượng. Khi sóng điện từ truyền đến một anten sẽ làm cho các electron tự do trong anten dao động.

Nguồn phát sóng điện từ:

Tia lửa điện

Cầu dao đóng, ngắt mạch điện

Trời sấm sét

Lực điện : $F=\begin{array}{c}\left|\begin{array}{c}q\end{array}\right|\end{array}E$

Với : $E:$Cường độ điện trường$\left(V/m\right)$

         $U:$ Hiệu điện thế $\left(V\right)$

         $d:$ Khoảng cách $\left(m\right)$

Khi : $\overrightarrow{F}$cùng phương , cùng chiều $\overrightarrow{P}$

    $g\text{'}=g+\frac{\left|q\right|E}{m}$

Áp dụng khi :$\left(\overrightarrow{E} cùng chiều\overrightarrow{ g} ; q>0\right)$; $\left(\overrightarrow{E} ngược chiều\overrightarrow{ g} ; q<0\right)$

Khi : $\overrightarrow{F}$cùng phương , ngược chiều $\overrightarrow{P}$

    $g\text{'}=g-\frac{\left|q\right|E}{m}$

Áp dụng khi $\left(\overrightarrow{E} cùng chiều\overrightarrow{ g} ; q<0\right)$ $\left(\overrightarrow{E} ngược chiều\overrightarrow{ g} ; q>0\right)$

Chu kì mới : $T\text{'}=2\pi \sqrt{\frac{l}{g\text{'}}}$

$\frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{\frac{g}{g\text{'}}}$

Lực điện : $F=\begin{array}{c}\left|\begin{array}{c}q\end{array}\right|\end{array}E$

Với : $E:$Cường độ điện trường$\left(V/m\right)$

         $U:$ Hiệu điện thế $\left(V\right)$

         $d:$ Khoảng cách $\left(m\right)$

Khi $\overrightarrow{F} \perp \overrightarrow{P}$ : 

$g\text{'}=\sqrt{g^2+{\left(\frac{qE}{m}\right)}^2}$ ; $\tan \alpha =\frac{F}{P}$ ,$\alpha$ là góc lệch theo phương đứng

Khi $\overrightarrow{F}\angle \overrightarrow{P}=\beta$

$g\text{'}=\sqrt{g^2+{\left(\frac{qE}{m}\right)}^2+2\frac{gE\left|q\right|}{m}\cos \left(\overrightarrow{F;}\overrightarrow{P}\right)}$

Chu kì mới : $T\text{'}=2\pi \sqrt{\frac{l}{g\text{'}}}$

$\frac{T\text{'}}{T}=\sqrt{\frac{g}{g\text{'}}}$

Cho e chuyển động trong từ trường có cảm ứng từ vuông góc với chuyển động thì để e tiếp tục chuyển động thẳng lực điện phải cân bằng lực lorent

Khi e chuyển động cùng phương với cảm ứng từ thì nó cũng chuyển động thẳng nhưng vận tốc thay đổi và không xác định được giá trị của cảm ứng từ B

Điều kiện cân bằng:

$$\begin{gathered} F_{đ}=F_L \\ \Rightarrow E=vB \end{gathered}$$

Gọi M là vị trí mà quang electron dừng lại:

Khi đó vecto cường độ điện trường cùng phương với vận tốc

Biến thiên động năng: 

$$\begin{gathered} W_{đM}-W_{đN}=A_{F_{đ}}=-eE.s \\ \Rightarrow s=\frac{W_{đN}}{eE}=\frac{\left(\epsilon -A\right)}{eE}=\frac{U_h}{E} \end{gathered}$$

Với $\epsilon ; A$ : năng lượng chiếu vào và công thoát

     s : quãng đường đi được

     $U_h$ điện thế hãm của quang electron

     $E$ Cường độ điện trường $\left(V/m\right)$

Với $\epsilon ; A$ : năng lượng chiếu vào và công thoát

     s : quãng đường đi được

     $U_h$ điện thế hãm của quang electron

     $E$ Cường độ điện trường $\left(V/m\right)$

Khi electron chuyển động song song với 1 trục :

v vận tốc truyền sóng

B vecto cảm ứng từ

E vec tơ điện trường

$\left(\overrightarrow{E};\overrightarrow{v};\overrightarrow{B}\right)$ tạo thành 1 tam diện với $\left(\overrightarrow{i};\overrightarrow{j};\overrightarrow{k}\right)$

Để hạt bụi cân bằng :

$$\begin{gathered} F=P\Rightarrow \left|q\right|E=mg \\ \Rightarrow E=\frac{mg}{\left|q\right|} \end{gathered}$$

Điện trường cần đặt cùng chiều với $\overrightarrow{g}$ khi $q<0$

Điện trường cần đặt ngược chiều với $\overrightarrow{g}$ khi $q>0$

Áp dụng được khi đề bài hỏi điện cần đặt để điện tích tiếp túc đi thẳng khi bay vuông góc với điện trường.

Trong môi trường có điện trường đều

$w=\frac{W_c}{V}=\frac{C{U}^2}{2V}$

Trong tụ điện phẳng : $V=d.S ;C=\frac{\epsilon S}{4k\pi d};U=Ed$

$w=\frac{C{U}^2}{2V}=\frac{\epsilon E^2}{8k\pi }$

với $w\left(J/m^3\right)$ mật độ năng lượng điện trường.

$E \left(V/m\right)$ cường độ điện trường.

$\epsilon$ hằng số điện môi