Điện tích

Phát biểu: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong các môi trường có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong chân không, $\epsilon$=1.

Chú thích:

$k$: hệ số tỉ lệ $9.{10}^9$ $\frac{N.m^2}{C^2}$

$q_1, q_2$: điện tích của hai điện tích điểm ($C$: Coulomb)

$r$: khoảng cách giữa hai điện tích điểm ($m$)

$q_1.q_2>0$: hai điện tích cùng dấu đẩy nhau, giá trị F>0.

$q_1.q_2<0$: hai điện tích trái dấu hút nhau, giá trị F<0.

Hình vẽ:

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.

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: Vì độ lớn của lực điện luôn tỉ lệ thuận với điện tích thử $q$ nên thế năng của điện tích tại M cũng tỉ lệ thuận với $q$.

Chú thích:

$A_{M\infty }$: công của lực điện khi di chuyển $q$ từ M ra vô cực $\left(J\right)$

$W_M$: thế năng của điện tích $q$ tại M $\left(J\right)$

$V_M$: điện thế tại điểm M $\left(V\right)$

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

Phát biểu: Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích $q$. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên $q$ khi $q$ di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của $q$.

Chú thích:

$V_M$: điện thế của điện tích $q$ tại điểm M $\left(V\right)$

$A_{M\infty }$: công dịch chuyển điện tích $q$ từ điểm M ra vô cực $\left(J\right)$

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

Đơn vị tính: Volt (V).

Phát biểu: Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích $q$ trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của $q$.

Chú thích:

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

$V_M,V_N$: điện thế của điện tích tại M và N $\left(V\right)$

$A_{MN}$: công của lực điện tác dụng lên điện tích $q$ trong sự di chuyển từ M đến N $\left(J\right)$

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

Khái niệm: Điện dung $C$ của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích $Q$ của tụ điện và hiệu điện thế $U$ giữa hai bản của nó.

Chú thích:

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$Q$: điện tích tụ điện $\left(C\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Đơn vị điện dung: Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ ${10}^{-12}F$ đến ${10}^{-6 }F$.

- 1 microfara (kí hiệu là $\mu F$) =$1.{10}^{-6}F$

- 1 nanofara (kí hiệu là $nF$) =$1.{10}^{-9}F$

- 1 picofara (kí hiệu là $pF$) = $1.{10}^{-12}F$

Các loại tụ điện phổ biến.

Tụ điện bị nổ khi điện áp thực tế đặt vào hai đầu tụ lớn hơn điện áp cho phép

Con số trên tụ giúp ta biết được thông số định mức đối với mỗi loại tụ điện.

Khái niệm: Năng lượng của tụ điện là năng lượng dữ trữ trong tụ điện dưới dạng điện trường  khi được tích điện.

Đối với tụ điện phẳng:

$W=\frac{1}{2}C{U}^2=\frac{1}{2}\frac{\epsilon S}{4k\pi d}.E^2.d^2=\frac{\epsilon S{E}^{2}d}{8k\pi }$

Chú thích:

$W$: năng lượng điện trường $\left(J\right)$

$Q$: điện tích của tụ điện $\left(C\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Khái niệm: Dòng điện không đổi (dòng điện một chiều) là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian. 

Viết tắt: 1C hay DC.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$q$: điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn $\left(C\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Ứng dụng:

Khi cúp điện chúng ta thường dùng đèn pin dạng sạc hoặc đèn pin sử dụng pin tiểu để chiếu sáng. Đây cũng chính là nguồn sử dụng pin 1 chiều phổ biến nhất.

Điện thoại di động chúng ta thường dùng hàng ngày cũng chính là một thiết bị dùng điện một chiều bởi vì nó được cắm sạc trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều. Đầu cắm sạc chính là đầu chuyển nguồn AC (xoay chiều) thành DC (một chiều) trước khi vào điện thoại.

Một ứng dụng đang được sử dụng rộng rãi và càng ngày càng nhân rộng chính là tấm Pin thu năng lượng mặt trời để biến thành điện năng sử dụng. Quá trình nãy cũng cần phải có thiết bị biến tần để biến điện năng một chiều thành điện xoay chiều 220VAC để sử dụng.

Ngoài ra acquy và pin cũng là những nguồn điện cho ra dòng điện một chiều.

Khái niệm: Suất điện động $\mathcal{E}$ của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện, được đo bằng thương số giữa công $A$ của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương $q$ ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích $q$ đó.

Chú thích:

$\mathcal{E}$: suất điện động $(V, J/C)$

$A$: công của lực lạ $\left(J\right)$

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

Điện trở trong của nguồn điện: Nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện.

Ký hiệu: $r$ $\left(\Omega \right)$

Phát biểu: Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

Chú thích: 

$A$: điện năng tiêu thụ của đoạn mạch ($J)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

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

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Vận dụng: Điện năng tiêu thụ thông thường được đo bằng đồng hồ điện, hay còn gọi là công tơ điện.

Đơn vị đo: 1 $kWh$ = 3600000 $Ws$ = 3600000 $J$ 

Phát biểu: Lực Lorentz do từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tác dụng lên một hạt điện tích $q_0$ chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$:

Đặc điểm:

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng sao cho các từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$ khi $q_0>0$ và ngược chiều $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$khi $q_0<0$. Lúc đó, chiều của lực Lorentz là chiều ngón cái choãi ra.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$q_0$: độ lớn hạt điện tích $\left(C\right)$

$v$: vận tốc của hạt điện tích $(m/s)$

$B$: cảm ứng từ của từ trường $\left(T\right)$

Trong đó: $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

Ứng dụng thực tế:

Lực Lorentz có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ: đo lường điện từ, ống phóng điện tử trong truyền hình, khối phổ kế, các máy gia tốc...

Hendrik Lorentz (1853 - 1928)

Phát biểu: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường. Trong mặt phẳng đó, lực Lorentz luôn vuông góc với vận tốc $\overrightarrow{v}$, đồng thời đóng vai trò là lực hướng tâm. Quỹ đạo ở đây là một đường tròn.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

Phát biểu: Quỹ đạo của một hạt điện tích trong một từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường.

Chú thích: 

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

Chú thích:

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$Q$: điện tích tụ điện $\left(C\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Lưu ý thêm:

- Trong trường hợp tất cả cả tụ điện đều giống nhau thì $C_{td}=n.C$.

- Cách ghép song song làm tăng điện dung của tụ điện phẳng, điện dung tương đương luôn lớn hơn từng điện dung thành phần.

Chú thích:

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$Q$: điện tích tụ điện $\left(C\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Lưu ý thêm:

- Cách ghép nối tiếp làm giảm điện dung tương tương của bộ tụ xuống. Điện dung tương đương luôn nhỏ hơn từng điện dung thành phần.

- Khi ghép nối tiếp nếu tất cả các tụ đều giống nhau thì $C_{tđ}=\frac{C}{n}$.

- Trong trường hợp chỉ có duy nhất 2 tụ ghéo nối tiếp thì $C_{tđ}=\frac{C_1.C_2}{C_1+C_2}$

Khái niệm: Lực hút giữa các nucleon trong hạt nhân để hạt nhân bền vững được gọi là lực hạt nhân.

Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Lực này cũng được gọi là lực tương tác mạnh. 

Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân $R$ $(\approx {10}^{-15}m)$.

Phát biểu: Có 2 loại phản ứng hạt nhân:

- Phản ứng hạt nhân tự phát (quá trình phóng xạ).

- Phản ứng hạt nhân kích thích (quá trình phân hạch,...)

Tương tự như các quá trình tương tác cơ học của các hạt, các phản ứng hạt nhân cũng tuân theo các định luật bảo toàn.

1. Bảo toàn điện tích:

$Z_1+Z_2=Z_3+Z_4$ (các số $Z$ có thể âm)

2. Bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối $A$)

$A_1+A_2=A_3+A_4$ (các số $A$ luôn không âm)

Chú ý: Số hạt neutron $(A-Z)$ không bảo toàn.

3. Bảo toàn năng lượng toàn phần.

4.  Bảo toàn động lượng.

Phát biểu: Điện tích $q$ của một bản tụ điện và cường độ dòng $i$ trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian. Trong đó, $i$ sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với $q$.

Chú thích:

$q$: điện tích của một bản tụ điện $\left(C\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại của bản tụ điện $\left(C\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

$\phi$: pha ban đầu của dao động $\left(rad\right)$

$i$: cường độ dòng điện trong mạch $\left(A\right)$

$I_0=\omega .Q_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

Chú ý:

- Khi $t=0$ nếu $q$ đang tăng (tụ điện đang tích điện) thì ${\phi }_q<0$; nếu $q$ đang giảm (tụ điện đang phóng điện) thì ${\phi }_q>0.$

- Khi $t=0$ nếu $i$ đang tăng thì ${\phi }_i<0$; nếu $i$ đang giảm thì ${\phi }_i>0$. 

Với ${\phi }_i={\phi }_q+\frac{\pi }{2}$

Phát biểu: Hiệu điện thế (điện áp) tức thời dao động cùng pha với điện tích tức thời và trễ pha $\frac{\pi }{2}$ so với cường độ dòng điện tức thời trong mạch.

Chú thích:

$u$: điện áp tức thời $\left(V\right)$

$q$: điện tích tức thời $\left(C\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$U_0$: điện áp cực đại giữa hai đầu bản tụ $\left(V\right)$

Chú ý:

- Khi $t=0$ nếu $u$ đang tăng thì ${\phi }_u<0$; nếu $u$ đang giảm thì ${\phi }_u>0$. 

Chú thích: 

$U_0$: điện áp cực đại giữa hai bản tụ điện $\left(V\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại $\left(C\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$I_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

$L$: độ tự cảm của ống dây $\left(H\right)$

Phát biểu: Dòng điện và điện tích trong mạch là hai đại lượng vuông pha nhau, trong đó $i$ sớm pha $\frac{\pi }{2}$ so với điện tích $q$.

Chú thích: 

$q$: điện áp tức thời $\left(C\right)$

$Q_0$: điện áp cực đại $\left(C\right)$

$i$: cường độ dòng điện tức thời $\left(A\right)$

$I_0$: cường độ dòng điện cực đại $\left(A\right)$

Chú thích: 

$i$: cường độ dòng điện tức thời trong mạch $\left(A\right)$

$q$: điện tích tức thời của tụ điện $\left(C\right)$

$Q_0$: điện tích cực đại của tụ điện $\left(C\right)$

$\omega$: tần số góc của dao động $(rad/s)$

Phát biểu: Tụ điện chứa điện tích và điện trường trong tụ điện sinh ra năng lượng để dịch chuyển điện tích trong mạch. Do đó tụ điện có năng lượng điện trường.

Chú thích:

$W_C, W_{Cmax}$: năng lượng điện trường và năng lượng điện trường cực đại của tụ điện $\left(J\right)$

$q,Q_0$: điện tích và điện tích cực đại của tụ điện $\left(C\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$i,I_0$: cường độ dòng điện tức thời và cường độ dòng điện cực đại qua cuộn cảm $\left(C\right)$

$L$: độ tự cảm của cuộn cảm $\left(H\right)$

Sự tương quan giữa các đại lượng:

Sự tương quan giữa các công thức:

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

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

Với $W_{đ}$ là động năng tổng cộng $\left(J\right)$.

      Q nhiệt lượng tỏa ra $\left(J\right)$

      $N_e$ số electron đập vào 

Lực điện đóng vai trò lực hướng tâm :

$$\begin{gathered} F_{đ}=F_{ht} \\ \iff \frac{k{e}^2}{r^2}=\frac{m{v}^2}{r} \\ \Rightarrow v_n=\frac{e}{n}\sqrt{\frac{k}{m_e{r}_0}} \end{gathered}$$

Với n là bậc của quỹ đạo

 $k=9.{10}^9 \left(\frac{N}{C^2{m}^2}\right)$

e: Điện tích của electron

$m_e$:Khối lượng của electron

$r_0=0,53 \left(A°\right)$

Ta có lực hướng tâm là lực điện

$$\begin{gathered} F_{đ}=F_{ht}\iff \frac{k{e}^2}{{r_n}^2}=m{{\omega }_n}^2{r}_n \\ \Rightarrow {\omega }_n=\frac{e}{n^3}\sqrt{\frac{k}{{r_0}^3{m}_e}} \end{gathered}$$

Cường độ dòng điện

$$\begin{gathered} I=\frac{e}{t}=\frac{e\omega }{2\pi } \\ \Rightarrow I_n=\frac{e^2}{2\pi n^3}\sqrt{\frac{k}{{r_0}^3{m}_e}} \end{gathered}$$

Với $v_1$ là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_1$ là bậc tương ứng ; $r_1$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với $v_2$ là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_2$ là bậc tương ứng ; $r_2$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Mỗi electron trên quỹ đạo xác định thì sẽ có năng lượng xác định khi nó chuyển vạch sẽ hấp thụ hoặc bức xạ photon có năng lượng bằng độ biến thiên năng lượng giữa hai vạch.

Với ${\lambda }_{mn}$ bước sóng mà e phát ra khi đi từ m sang n

$E_m;E_n$ năng lượng mà e có ở mức m,n

null: năng lượng của e ở mức vô cùng bằng 0

$E_m$:năng lượng của e ở mức m

nullbước sóng ứng với mức vô cùng về m

nullbước sóng ứng với m ra mức vô cùng 

Ban đầu hạt ở quỹ đạo dừng n :

Điều kiện để e lên quỹ đạo m: 

$$\begin{gathered} ∆E=E_m-E_n=-13,6\left(\frac{1}{m^2}-\frac{1}{n^2}\right) eV \\ \Rightarrow m=\frac{1}{\sqrt{{\displaystyle \frac{∆E}{-13,6e}}+{\displaystyle \frac{1}{n^2}}}}\in N \end{gathered}$$

Lấy bảng giá trị n: $1\to \infty$

Nếu $m không \in N$ thì e không lên được

Nếu $m \in N$ thì e lên được quỹ đạo m

Động năng ban đầu để sau khi lên e có thể phát ra N bức xạ:

Số bức xạ mà e có thể phát ra khi ở quỹ đạo m:

$$\begin{gathered} N=\frac{m\left(m-1\right)}{2}\Rightarrow m^2-m-2N=0\Rightarrow {\left(m-\frac{1}{2}\right)}^2=2N+\frac{1}{4} \\ \Rightarrow m=\frac{1+\sqrt{8N+1}}{2} \end{gathered}$$

Động năng tối thiểu:

$W_{đ}min=\left(E_m-E_n\right)=-13,6e\left(\frac{1}{m^2}-\frac{1}{n^2}\right)$

Động năng tối đa:

$W_{đ}max=\left(E_{m+1}-E_n\right)=-13,6e\left(\frac{1}{{\left(m+1\right)}^2}-\frac{1}{n^2}\right)$

Gia tốc tác dụng lên e : $a=\frac{Ue}{md}$

Quãng đường cực đại : $s_{max}=\frac{v^2}{2a}=\frac{v^{2}md}{Ue}$

Với U là hiệu điện thế đặt vào hai bản tụ AB

d : khoảng cách giữa hai bản

Định lý động năng

$$\begin{gathered} W_{đN}-W_{đM}=U_{MN}.\left(-e\right) \\ \Rightarrow W_{đN}=-U_{MN}.e+\left(\epsilon -A\right) \end{gathered}$$

Để giảm động năng tại N thì U tăng ,bước sóng tăng

Hạt chuyển động ném ngang : $a=\frac{Ue}{m.d}$

Thời gian chuyển động theo phương ngang trong khoảng chiều dài tụ : $t=\frac{l}{v_0}$

Thời gian bay đến bản dương : $t=\sqrt{\frac{2h}{a}}=\sqrt{\frac{2.{\displaystyle h}}{{\displaystyle \frac{Ue}{md}}}}=\sqrt{\frac{2h{m}_e}{U.e.d}}$

 Thời gian bay trong bản tụ là $t=Min\left(t_1;t_2\right)$

giả sử hạt bay từ M đến N , biết $U_{MN}<0$

Biến thiên động năng:

$W_{đN}-W_{đM}=U_{MN}.\left(-e\right)$

$\Rightarrow v_N=\sqrt{{v_M}^2-\frac{2U_{MN}.e}{m_e}}=\sqrt{\frac{2\left(\epsilon -A\right)-2U_{MN}.e}{m_e}}$

s : quãng đường e đi được

U: độ lớn hiệu điện thế dăt vào bản tụ

d: khoảng cách giữa hai bản tụ

s : quãng đường e đi được

U: độ lớn hiệu điện thế dăt vào bản tụ

d: khoảng cách giữa hai bản tụ

Xác định thời gian bay bên trong tụ :

$t_1=\frac{l}{v_0} ; t_2=\sqrt{\frac{2hmd}{Ue}}$

$TH1: t_2>t_1$ Tụ chưa đi hết chiều dài bản :

$v_M=\sqrt{{v_O}^2+\frac{2Ueh}{md}}$

$TH1: t_2<t_1$Tụ  đã đi hết chiều dài bản :

$$\begin{gathered} v_M=\sqrt{{v_O}^2+\frac{2Ue}{md}}=\sqrt{{v_o}^2+2a\left(h-h_2\right)} \\ {h}_2=h-\frac{a{t}^2}{2}=h-\frac{a{v_o}^2}{2l^2} \\ \Rightarrow v_M=\sqrt{{v_O}^2+\frac{2Ue∆h}{md}}=\sqrt{{v_o}^2+2a\left(h-h_2\right)}=v_o\sqrt{1+\frac{a^2}{l^2}} \end{gathered}$$

giả sử e đi từ M đến N

$W_{đN}=W_{đM}-U_{MN}.e=\left(\epsilon -A\right)-U_{MN}.e$

Động năng tăng khi U<0

Động năng giảm khi U>0

Khi $W_{đM}=U_{MN}.e$ thì $U_{MN}$ gọi là hiệu điện thế hãm

Chiều lực từ theo quy tắc bàn tay phải

Lực lorent đóng vai trò lực hướng tâm : 

$$\begin{gathered} Bev\sin \left(\alpha \right)=m\frac{v^2}{R} \\ \Rightarrow R=\frac{mv}{eB}\sin \left(\alpha \right) \end{gathered}$$

Với v là vận tốc của electron

      B: Cảm ứng từ $\left(T\right)$

      e =$1,6.{10}^{-19}$ $\left(C\right)$

     $U_h$ là hiệu điện hãm

Chu kì T là khoảng thời gian mà e chuyển động xong 1 vòng

$T=\frac{s}{v}=\frac{2\pi R}{v}$

Với R là bán kính quỹ đạo

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 chiếu ánh sáng vào quả cầu trung hòa về điện các electron bị bật ra ngoài làm cho qua cầu mang điện tích dương sau khi chiếu một thời gian thì electron không bật nữa cho lực hút tĩnh điện lớn

$V_{max}=\frac{\epsilon -A}{e}$ 

Với $V$ điện thế cực đại của quả cầu

     $\epsilon ,A$ năng lượng ánh sáng chiếu vào và công thoát

     $e=1,6.{10}^{-19} \left(C\right)$

$$\begin{gathered} W_{đ}=\epsilon -A=V_{max}e \\ \Rightarrow \lambda =\frac{hc}{V_{max}e+A}=\frac{1}{{\displaystyle \frac{V_{max}e}{hc}}+{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}}} \end{gathered}$$

Với $V_{max}$ điện thế cực đại của quả cầu

     $\epsilon ,A$ năng lượng ánh sáng chiếu vào và công thoát

     $e=1,6.{10}^{-19} \left(C\right)$

     ${\lambda }_0$ giới hạn quang điện

Với ${\lambda }_1$ tương ứng $V_1$

Với ${\lambda }_2={\lambda }_1+a\lambda$ tương ứng $V_2$

Xác định $V_3$ tương ứng với $\lambda$

$$\begin{gathered} \frac{1}{{\lambda }_1}-\frac{1}{{\lambda }_0}=e\frac{V_1}{hc}\Rightarrow {\lambda }_1=\frac{1}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_1}{hc}}} \\ \frac{1}{{\lambda }_1+a\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_0}=e\frac{V_2}{hc}\Rightarrow {\lambda }_1+a\lambda =\frac{1}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}}+{\displaystyle \frac{e{V}_2}{hc}}} \\ \frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }_0}=e\frac{V_3}{hc}\Rightarrow a\lambda =\frac{a}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_3}{hc}}} \end{gathered}$$

suy ra 

$$\begin{gathered} \frac{a}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_3}{hc}}}+\frac{1}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_1}{hc}}}=\frac{1}{{\displaystyle \frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_2}{hc}}} \\ \Rightarrow a{V}_3=\frac{{\displaystyle \frac{hc}{e}}\left(\frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_1}{hc}\right)\left(\frac{1}{{\lambda }_0}+\frac{e{V}_2}{hc}\right)}{\frac{e{V}_1}{hc}-\frac{e{V}_2}{hc}}-\frac{A}{e}=\frac{\left({\displaystyle \frac{A}{e}}+V_1\right)\left({\displaystyle \frac{A}{e}}+V_2\right)}{V_1-V_2}-\frac{A}{e} \\ \Rightarrow V_3==\frac{a\left({\displaystyle \frac{A}{e}+V_1}\right)\left({\displaystyle \frac{A}{e}+V_2}\right)}{V_1-V_2}-\frac{A}{e} \end{gathered}$$

Với $I_{bh}$ là dòng điện khi tất cả e bức ra đều đến catot

      I là dòng điện đo được bằng Ampe kế (A)

     $N_{e đến}$ là số electron đến được anot

$N_p$ số photon đến

$N_{e bức ra}$ số pho ton bức ra

P: Công suất chiếu sáng 

$H\text{'}$ Hiệu suất tạo dòng điện

$I_{bh}$ cường độ dòng điện bão hòa

I.Lực Coulomb trong điện môi

a/Định nghĩa điện môi : Điện môi là môi trường cách điện không cho dòng điện đi qua.

Ví dụ : dầu , không khí khô.

b/Định nghĩa hằng số điện môi $\epsilon$: Hằng số điện môi là đại lượng đặc trưng cho lực điện tác dụng trong môi trường điện môi và phụ thuộc vào môi trường điện môi.

Ví dụ : trong không khí điện môi bằng 1 , điện môi của thạch anh là 4,5

c/Lực Coulumb trong môi  điện môi

$F_1=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon r^2}=\frac{F_0}{\epsilon }$

Lực Coulumb của các hạt điện tích trong môi trường điện môi có độ lớn nhỏ hơn $\epsilon$ lần lực Coulumb giữa các hạt điện tích trong môi trường không khí

Định luật bảo toàn điện tích

1/Phát biểu :Trong một hệ cô lập về điện,tổng đại số điện tích của hệ điện tích là không đổi.

2/Biểu thức:

$q_1+q_2+...+q_n=q_1\text{'}+q_2\text{'}+...+q_n\text{'}$

$q_1,q_2:$điện tích của các hạt trước tương tác.

$q_1\text{'},q_2\text{'}$: điện tích của các hạt sau tương tác.

3/Ý nghĩa: điện tích của hệ bảo toàn khi không có sự trao đổi điện tích với vật ngoài hệ.

Xét ba điện tích $q_1,q_2$ và điện tích $q_3$ , vị trí đặt $q_3$ để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ triệt tiêu

TH1: $q_1.q_2>0$

Điều kiện cân bằng : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F_{13}}\nearrow \swarrow \overrightarrow{F_{23}} \left(1\right)\\ F_{13}=F_{23} \left(2\right)\end{array}\right.$

Từ $\left(1\right)$ suy ra : $q_3$ nằm trong và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ 

Từ $\left(2\right)$ ta được: 

$$\begin{gathered} \frac{k\left|q_1{q}_3\right|}{x^2}=\frac{k\left|q_2{q}_3\right|}{{\left(d-x\right)}^2} \\ \iff {\left(d-x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|.x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}+1} hay x=\frac{d}{1-\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}} \end{gathered}$$

Loại x<0

TH2: $q_1.q_2<0$

Để lực Coulomb tổng hợp tại $q_3$ bằng 0 : $\overrightarrow{F_{13}}+\overrightarrow{F_{23}}=\overrightarrow{0}$

Vì $q_1$ và $q_2$ trái dấu nên $q_3$ nằm ngoài và trên đường thẳng nối $q_1$ và $q_2$ ,nằm xa với điện tích có độ lớn lớn hơn.

$$\begin{gathered} F_{13}=F_{23} \\ \iff {\left(d+x\right)}^2=\left|\frac{q_2}{q_1}\right|x^2 \\ \iff x=\frac{d}{\sqrt{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|}-1}hay x=\frac{-d}{\left|{\displaystyle \frac{q_2}{q_1}}\right|+1} \end{gathered}$$

Loại x <0

Cả hai trường hợp ta đều thấy để $q_3$ cân bằng không phụ thuộc điện tích $q_3$

Với 

$I \left(A\right)$ là cường độ dòng điện.

$S \left(m^2\right)$ là tiết điện ngang của dây.

$i \left(A/m^2\right)$ là mật độ dòng điện.

$n \left(hat/m^3\right)$ là mật độ hạt mang điện.

$v \left(m/s^2\right)$ là tốc độ trung bình của chuyển động có hướng của các hạt mang điện.

Chọn chiều dương từ bản dương sang âm

Với những hạt có khối lượng rât rất nhỏ như electron ,

Ta có thể bỏ qua trọng lực 

$$\begin{gathered} \left|q\right|E=ma \\ \Rightarrow a=\frac{\left|q\right|E}{m} \end{gathered}$$

+ Khi điện tích chuyển động nhanh dần đều a > 0

+ Khi điện tích chuyển động chậm dần đều a <0

Với những hạt có khối lượng đáng kể vật chịu thêm trọng lực

$a=g\pm \frac{\left|q\right|E}{m}$

lấy + khi lực điện cùng chiều trọng lực

lấy - khi lực điện ngược chiều trọng lực

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.

Với $T\left(s\right)$ chu kì cảu chuyển động.

$m\left(kg\right)$ khối lượng hạt.

$q \left(C\right)$ điện tích của hạt.

$B \left(T\right)$ cảm ứng từ.

Với $A_{MN}$ công lực điện từ M đến N.

      $q \left(C\right)$ điện tích của hạt.

      $U_{MN}$ hiệu điện thế giữa hai điểm $MN$

Sau khi đặt vào hai bản tụ một hiệu điện thế $U$, sẽ tạo ra một vùng có điện trường đều có cường độ $E$.

Khi đặt một điện tích vào hạt sẽ được gia tốc với $a=\frac{\left|q\right|U}{md}$

TH1: Hạt dứng yên : Vật sẽ chuyển động nhanh dần đều về phía bản + khi $q>0$ và ngược lại

TH2: Hạt đi song song với đường sức điện. Khi đó vật sẽ được tăng tốc khi đi về phía bản cùng dấu với điện tích, ngược lại hạt sẽ bị hãm và dừng lại sau đó quay dầu.

TH3: Hạt đi lệch hoặc vuông góc với đường sức điện hạt sẽ chuyển động dưới dạng ném xiên và ném ngang.

Khi N hạt tiếp xúc : $q_1\text{'}=...=q{\text{'}}_N=\frac{q_1+...+q_N}{N}$

Với $q_1,q_2,..,q_N$ điện tích của các hạt ban đầu.

$q{\text{'}}_1.q{\text{'}}_2,...,q{\text{'}}_N$ diện tích của các hạt lúc sau.

Ta có: $F = k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}\Rightarrow q_1{q}_2=\pm \frac{ F{r}^2}{k}$ (1)

Mặc khác: $q_1$+ $q_2$ = $m$ (2)

Từ (1) và (2) ta thấy  $q_1$ và $q_2$ là nghiệm của phương trình:

 $$\begin{gathered} x^2 -(q_1 + q_2)x + q_1{q}_2 = 0 \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{x}_1 = a\\ x_2 = b\end{array}\right. \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = a\\ q_2 = b\end{array}\right.hoặc \left\{\begin{array}{l}{q}_1 = b\\ q_2 = a\end{array}\right. \end{gathered}$$

Dựa vào dữ kiện đề cho để xác định $q_1$ và $q_2$.

Lưu ý:

Điện tích của 2 quả cầu tích điện $q_{1 }và q_2$sau khi tiếp xúc: $q_1\text{'} = q_2\text{'} = \frac{q_1 + q_2}{2}$

+ Vật mang điện âm số electron thừa: $N = \frac{\left|Q\right|}{1,6.{10}^{-19}}$

+ Vật mang điện dương, số electron thiếu: $N = \frac{\left|Q\right|}{1,6.{10}^{-19}}$

Vì điện tích trôi lơ lửng nên lực điện trường cân bằng với trọng lực.

Điều kiện cân bằng: $\overrightarrow{F} +\overrightarrow{P }= 0\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow \overrightarrow{P }\\ F = P\end{array}\right.$

TH1. $\overrightarrow{E}$ hướng lên

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích dương để $\overrightarrow{F} \nearrow \nearrow \overrightarrow{E} (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

TH2. $\overrightarrow{E}$ hướng xuống

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích âm để $\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$