Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Tham khảo:

a) Thanh nhựa cọ xát với với len sẽ nhiễm điện âm nên khi hai thanh nhựa lại gần nhau sẽ đẩy ra xa vì cả hai thanh nhựa nhiễm điện cùng dấu

b) Thanh thủy tinh cọ xát với lụa sẽ nhiễm điện dương và thanh nhựa nhiễm điện âm nên đưa hai thanh lại gần nhau chúng sẽ hút nhau vì nhiễm điện trái dấu

Biểu diễn lực tương tác giữa các điện tích:

Với trường hợp tác dụng lên mỗi điện tích dặt tại các đỉnh của một tam giác đều ta biểu diễn tương tự như trường hợp hai cặp điện tích, ở đây mỗi điện tích chịu tác dụng hai lực điện của hai điện tích còn lại.

Tham khảo:

Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Phương án thí nghiệm: ta dùng hai điện tích có độ lớn điện tích không đổi sau đó thay đổi khoảng cách giữa chúng xác định độ lón của lực tương tác trong các trường hợp để từ đó ta tìm được mối quan hệ giữa lực tương tác và khoảng cách

F là lực giữa hai điện tích (N)

k là hằng số Coulomb \(k=9\cdot10^9Nm^2/C^2\)

\(q_1,q_2\) là điện tích (C)

\(r\) khoảng cách giữa hai điện tích (m)  

\(\varepsilon_0\) là hằng số điện \(\varepsilon_0=8,85\cdot10^{-12}C^2/Nm^2\)

\(\frac{{F'}}{F} = \frac{{k\frac{{\left| {q_1'q_2'} \right|}}{{r{'^2}}}}}{{k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}}} = \frac{{k\frac{{\left| {3{q_1}3{q_2}} \right|}}{{{{\left( {2r} \right)}^2}}}}}{{k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}}} = 2,25 \Rightarrow F' = 2,25F\)

Vậy lực điện tương tác tăng 2,25 lần.

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} = {9.10^9}\frac{{{{10}^{ - 5}}{{.10}^{ - 7}}}}{{0,{1^2}}} = 0,9(N)\)

Hướng dẫn vẽ hình:

Theo yêu cầu tỉ lệ của đề bài khoảng cách giữa hai điện tích là 5cm

Hai điện tích là điện tích dương nên hai điện tích đẩy nhau và hướng ra xa độ lớn của lực theo tỉ lệ độ lớn được vẽ bằng 2,25 cm.

Tham khảo:

Để tách rời các trang giấy ra ta cần phải cho các trang giấy nhiễm điện cùng loại ( vì theo quy ước hai vật nhiễm điện cùng loại sẽ đẩy nhau ); khi đó các trang giấy sẽ đẩy nhau và ta có thể tách chúng ra dễ dàng.

Tham khảo:

Không thể dùng định luật Coulomb để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm ở Hình 16.1 vì kích thước của các vật nhiễm điện quá lớn so với khoảng cách của chúng nên không thể coi là điện tích điểm.

Lực điện tương tác giữa electron và proton là:

\(F = \frac{{\left| {e.p} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{{{\left( {1,{{6.10}^{ - 19}}} \right)}^2}}}{{4\pi .8,{{85.10}^{ - 12}}{{\left( {{{5.10}^{ - 11}}} \right)}^2}}} = 9,{21.10^{ - 8}}(N)\)

Gọi F₁, F₂ lần lượt là lực do điện tích q₁, q₂ tác dụng lên q₃; F₃ là lực tổng hợp các lực điện tác dụng lên q₃.

Gọi A, B, C lần lượt là vị trí đặt q₁, q₂, q₃.

Điều kiện lực điện tác dụng lên điện tích q₃ băng 0 là lực tổng hợp phải cân bằng.

\(\overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  = \overrightarrow {{F_3}}  = \overrightarrow 0  \Rightarrow \overrightarrow {{F_1}}  =  - \overrightarrow {{F_2}} \)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{F_1} \uparrow  \downarrow {F_2}\\{F_1} = {F_2}\end{array} \right.\)

Vì \({F_1} \uparrow  \downarrow {F_2}\)nên điểm C nằm trên đường thẳng AB

Vì q₁, q₂ trái dấu nên điểm C nằm ngoài khoảng AB ⇒ |AC−BC| = AB (1)

Lực điện do q₁ tác dụng lên q₃ là: \({F_1} = k\frac{{\left| {{q_1}.{q_3}} \right|}}{{A{C^2}}}\)

Lực điện do q₂ tác dụng lên q₃ là: \({F_2} = k\frac{{\left| {{q_2}.{q_3}} \right|}}{{B{C^2}}}\)

Vì F1 = F2 ⇒ \(k\frac{{\left| {{q_1}.{q_3}} \right|}}{{A{C^2}}} = k\frac{{\left| {{q_2}.{q_3}} \right|}}{{B{C^2}}} \Rightarrow \frac{{15}}{{A{C^2}}} = \frac{6}{{B{C^2}}} \Rightarrow \frac{{BC}}{{AC}} = \frac{{\sqrt {10} }}{5}\)(2)

Từ (1),(2) ⇒ AC = 0,544 (m), BC = 0,344 (m)

Vậy q₃ đặt cách q₁ 0,544 m và cách q₂ 0,344 m.