Hằng số điện môi

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:

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.

Với $f_1$ tương ứng $V_1$

Với $f_2=f_1+af$ tương ứng $V_2$

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

$$\begin{gathered} f_1-f_0=e\frac{V_1}{h}\Rightarrow f_1=\frac{e}{h}{V}_1+f_0 \\ {f}_1+af-f_0=e\frac{V_2}{h}\Rightarrow f_1+af=\frac{e}{h}{V}_2+f_0 \\ f-f_0=e\frac{V_3}{h}\Rightarrow f=f_0+\frac{e}{h}{V}_3 \\ \Rightarrow \frac{e}{h}{V}_1+a\frac{e}{h}{V}_3+a{f}_0+f_0=\frac{e}{h}{V}_2+f_0 \\ \Rightarrow V_3=\frac{V_2-V_1-{\displaystyle \frac{A}{e}}}{a} \end{gathered}$$

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

Ban đầu:

Điện dung của tụ điện :$C=\frac{{\epsilon }_{1}S}{4k\pi d}$

Khi nhúng tụ theo phương ngang:

Tụ mới được xem như một hệ gồm hai tụ có điện dung ${\epsilon }_1$ và ${\epsilon }_2$ mắc nối tiếp

$$\begin{gathered} \frac{1}{C_b}=\frac{4k\pi \left(d-x\right)}{{\epsilon }_{1}S}+\frac{4k\pi x}{{\epsilon }_{2}S} \\ {C}_b=\frac{{\epsilon }_1{\epsilon }_{2}S}{4k\pi }.\left(\frac{1}{{\epsilon }_1\left(x\right)+{\epsilon }_2\left(d-x\right)}\right) \\ {C}_b=\frac{{\epsilon }_1{\epsilon }_{2}S}{4k\pi \left({\epsilon }_1.x+{\epsilon }_2\left(d-x\right)\right)} \end{gathered}$$

Khi nhúng tụ thep phương đứng

Tụ mới được xem như hệ gồm hai tụ có điện dung ${\epsilon }_1$ và ${\epsilon }_2$ mắc song song

$$\begin{gathered} C_b=\frac{{\epsilon }_1{S}_1}{4k\pi d}+\frac{{\epsilon }_2{S}_2}{4k\pi d} \\ \Rightarrow C_b=\frac{{\epsilon }_1\left(l-x\right).S}{4k\pi d.l}+\frac{{\epsilon }_{2}xS}{4k\pi d.l} \\ \Rightarrow C_b=\frac{S}{4k\pi dl}\left({\epsilon }_1\left(l-x\right)+{\epsilon }_{2}x\right) \end{gathered}$$

Với $l \left(m\right)$ là chiều dài bản tụ

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

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 $q_2$.