Tất cả nguyên vật liệu được tạo thành từ các nguyên tử có chứa các hạt hạ nguyên tử như electron, proton và neutron. Các hạt dưới nguyên tử này còn được gọi là các hạt mang điện. Điện tử mang điện tích âm trong khi proton mang điện tích dương. Nếu một nguyên tử chứa một số lượng lớn các electron so với số proton, nó được cho là mang điện âm. Trong khi nếu một nguyên tử chứa một số lượng lớn các proton so với số lượng các electron, nó được cho là mang điện tích dương. Mọi điện tích đều có điện trường liên kết với nó. Một trong những đặc điểm của điện tích là Cường độ điện trường.
Cường độ điện trường là gì?
Định nghĩa: Điện tích được mang bởi các hạt hạ nguyên tử của nguyên tử như electron và photon. Điện tích của một electron là khoảng 1,602 × 10-19coulombs. Mọi hạt tích điện đều tạo ra một không gian xung quanh nó để cảm nhận tác dụng của lực điện. Không gian xung quanh các hạt tích điện này được gọi là “ Điện trường “. Bất cứ khi nào một bài kiểm tra đơn vị sạc điện được đặt trong điện trường này nó sẽ chịu lực do hạt nguồn phát ra. Lực tác dụng của một hạt mang điện đơn vị khi đặt nó trong điện trường được gọi là Cường độ điện trường.
Cường độ điện trường là một đại lượng vectơ. Nó có cả độ lớn và hướng. Điện tích thử chịu tác dụng của điện trường của điện tích nguồn sẽ chịu lực ngay cả khi nó đang ở vị trí nghỉ. Cường độ điện trường không phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của hạt điện tích thử nghiệm. Nó chỉ phụ thuộc vào lượng điện tích có trên hạt điện tích thử nghiệm. Điện tích thử nghiệm có thể là một hạt mang điện dương hoặc một hạt tích điện âm.
Hướng của điện trường được xác định bởi điện tích trên hạt điện tích thử nghiệm. Để suy ra chiều của cường độ điện trường, điện tích thử nghiệm được coi là điện tích dương. Vì vậy, khi một hạt mang điện tích dương được đưa vào điện trường này, nó sẽ chịu một lực đẩy. Như vậy, cường độ điện trường sẽ có hướng ra xa điện tích. Trong khi đối với một điện tích thử nghiệm tích điện âm thì hướng của lực cường độ điện trường sẽ hướng về hạt điện tích nguồn.
Công thức cường độ điện trường
Chúng ta hãy xem xét một hạt mang điện có điện tích 'Q'. Hạt tích điện này tạo ra một điện trường xung quanh nó. Vì hạt mang điện này là nguồn của điện trường nên nó được gọi là điện tích nguồn. Cường độ điện trường do điện tích nguồn tạo ra có thể được tính bằng cách đặt một điện tích khác vào điện trường của nó. Hạt điện tích bên ngoài này được sử dụng để đo cường độ điện trường được gọi là điện tích thử nghiệm. Gọi điện tích trên điện tích thử là ‘q’.
Cường độ điện trường
Khi đặt một điện tích thử trong điện trường thì nó sẽ chịu lực điện hút hoặc nguồn điện đẩy. Gọi lực được ký hiệu là ‘F’. Bây giờ, độ lớn của cường độ điện trường có thể được định nghĩa là “lực trên mỗi điện tích thử nghiệm”. Do đó, cường độ điện trường ‘E’ được cho là
E = F / q —— Eqn1
Ở đây, người ta coi điện tích trên hạt điện tích thử hơn là điện tích trên hạt điện tích nguồn. Khi xét theo đơn vị SI, đơn vị của cường độ điện trường là Newton trên mỗi coulombs. Cường độ điện trường không phụ thuộc vào lượng điện tích trên hạt điện tích thử nghiệm. Nó được đo như nhau xung quanh điện tích nguồn bất kể điện tích của hạt điện tích thử nghiệm.
Từ Luật Coulomb
Cường độ điện trường còn được gọi là cường độ điện trường. Công thức về cường độ điện trường cũng có thể được suy ra từ định luật Coulomb. Định luật này đưa ra mối quan hệ giữa điện tích của các hạt và khoảng cách giữa chúng. Ở đây, hai điện tích là ‘q’ và ‘Q’. Do đó, lực điện ‘F’ được cho là
F = k.q.Q / dhai
trong đó k là hằng số tỉ lệ và d là khoảng cách giữa các điện tích. Khi phương trình này được thay thế cho lực trong phương trình 1, công thức về cường độ điện trường được suy ra là
E = k. Q / dhai
Phương trình trên cho thấy cường độ điện trường phụ thuộc vào hai yếu tố - điện tích trên nguồn điện tích ‘Q’ và khoảng cách giữa điện tích nguồn và điện tích thử nghiệm.
Do đó, cường độ điện trường của một điện tích phụ thuộc vào vị trí. Nó tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa điện tích nguồn và điện tích thử nghiệm. Khi tăng khoảng cách thì cường độ điện trường hoặc cường độ điện trường giảm.
Tính toán cường độ điện trường
Từ công thức của cường độ điện trường, suy ra rằng-
- Nó tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa nguồn và điện tích thử nghiệm.
- Tỷ lệ thuận với điện tích ‘Q’ trên điện tích nguồn.
- Không phụ thuộc vào điện tích trên điện tích thử ‘q’.
Khi áp dụng các điều kiện này cho định luật bình phương nghịch đảo, quan hệ giữa cường độ điện trường (E1) tại khoảng cách d1 và cường độ điện trường (E2) tại khoảng cách (d2) được cho là:
E1 / E2 = dhai1 / ngàyhaihai
Như vậy, khi tăng quãng đường đi thêm hệ số 2 thì cường độ điện trường sẽ giảm đi hệ số 4.
Tính cường độ điện trường tác dụng lên hạt có điện tích -1,6 × 10-19C khi lực điện là 5,6 × 10-mười lămN.
Ở đây, lực F và điện tích ‘q’ đã cho. Khi đó cường độ điện trường E được tính là E = F / q
do đó, E = 5,6 × 10-mười lăm/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Công thức thứ nguyên của lực (newton) cho đơn vị kg.m / shailà MLT-hai. Công thức kích thước của coulomb cho ampe-giây là AT. Do đó, công thức chiều cho cường độ điện trường là MLT-3ĐẾN-1.
Câu hỏi thường gặp
1). Điện trường được định nghĩa như thế nào?
Điện trường được định nghĩa là lực trên một đơn vị điện tích.
2). Giá trị của hằng số tỉ lệ ‘k’ là bao nhiêu?
Giá trị của hằng số tỷ lệ ‘k’ trong định luật coulomb là 9,0 × 109N.mhai/ Chai.
3). Cường độ điện trường có phụ thuộc vào điện lượng trên điện tích thử không?
Không, cường độ điện trường không phụ thuộc vào đại lượng “q”. Theo định luật coulomb khi điện tích tăng lên, lực điện cũng tăng theo cùng một hệ số. Do đó, hai thay đổi này triệt tiêu lẫn nhau. Điều này có thể được hiểu theo công thức của cường độ điện trường, E = F / q.
4). Chiều của cường độ điện trường khi dùng hạt thí nghiệm mang điện dương?
Khi sử dụng hạt điện tích dương, vectơ cường độ điện trường sẽ luôn hướng ra xa các vật mang điện tích dương. Vì cả điện tích nguồn và điện tích thử nghiệm đều mang điện tích dương nên chúng đẩy nhau. Đây là câu trả lời cho các hạt mang điện tích âm.
Vì vậy, mọi thứ trở nên khó khăn khi điện tích điểm được đặt dưới tác dụng của nhiều điện tích nguồn. Ở đây, ban đầu, điện trường sức mạnh của các khoản phí nguồn riêng lẻ được tính toán. Sau đó, tổng vectơ của tất cả các cường độ này cho biết cường độ trường kết quả tại điện tích điểm đó. Chiều của đường sức điện trường khi điện tích thử là âm?
