Trong Bài 4 – Chương I – Vật lý lớp 11, chúng ta đã được học về công của lực điện. Trong bài viết này tôi sẽ nhắc lại cho các bạn khái niệm công của lực điện là gì ? Những kiến thức liên quan và bài tập ứng dụng. Tất nhiên là tôi sẽ diễn giải lại theo văn phong của mình chứ không phải copy từ sách giáo khoa ra như những trang website khác. Tôi sẽ cố gắng diễn giải một cách đơn giản và dễ hiểu nhất. Nào chúng ta cùng bắt đầu nhé ^^!
Điện trường đều là gì ?
Trước tiên chúng ta cùng ôn lại kiến thức về điện trường nhé. Vì công của lực điện được xét trong một điện trường đều nên chúng ta phải hiểu điện đường đều là gì.
Điện trường đều là điện trường mà có véc tơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn. Nói một cách dễ hiểu hơn thì nếu điện trường mà có véc tơ cường độ điện trường tại bất kỳ điểm nào mà có 03 cùng: phương; chiều; độ lớn. Thì đó chính là điện trường đều.
Chúng ta có thể tạo ra điện trường đều bằng cách nào ? Đặt một điện trường vào một điện môi đồng chất năm ở giữa hai bản kim loại phẳng song song có điện tích bằng nhau và trái dấu thì chúng ta sẽ có một điện trường đều.
Khi đọc cụm từ “công của lực điện” và phân tích thì chúng ta dễ dàng phát hiện rằng để hiểu được công của lực điện là gì thì trước tiên phải biết “lực điện” là gì ? Rồi sau đó mới tính toán “công” của nó.
- Lực điện là gì ?
Xét một điểm trong điện trường đều, khi chúng ta đặt một điện tích dương vào trong đó thì nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện. Để dễ hình dùng thì chúng ta quay lại xem hình mô tả bên dưới nhé.
Như trên hình, khi đặt điện tích q (q>0) tại một điểm trong điện trường đều thì nó sẽ chịu tác dụng của lực điện F. Công thức tính như sau:
- Công của lực điện là gì ?
Xét một điện trường đều như hình trên, đường thẳng MN là đường di chuyển của điện tích q. Đường MN sẽ tạo với đường sức điện một góc α. Khi đó chúng ta có công của lực điện sẽ được tính theo công thức:
Vậy nếu như xét một điện trường bất kỳ không phải là điện trường đều thì điều gì sẽ xảy ra ? Theo như lý thuyết thì khi điện tích q di chuyển trong một điện trường bất kỳ thì công của lực điện sẽ không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm bắt đầu và điểm kết thúc.
Thế năng của một điện tích trong điện trường là gì ?
Một khái niệm khác cũng có liên quan đến công của lực điện đó là thế năng. Hay nói một cách dễ hiểu và chính xác là mối liên hệ giữa thế năng và công khi xét trong điện trường.
Chúng ta đã biết thế năng của một vật trong trọng trường ở các bài trước. Khi xét trong điện trường thì thế năng của một điện tích sẽ đặc trưng cho khả năng sinh công. Giả sử đối với điện tích q đặt tại một điểm X trong điện trường đều thì chúng ta có công thức:
Mối quan hệ giữa công của lực điện và thế năng của điện tích q đặt trong điện trường đều sẽ như thế nào ? Nếu như đọc kỹ lần lượt các khái niệm trên thì chúng ta sẽ dễ dàng có câu trả lời. Vì thế năng của điện tích chỉ tính tại một điểm trong điện trường đều. Còn công của lực điện sẽ tính dựa vào đường đi của điện tích. Do đó nói một cách dễ hiểu thì công của lực điện sẽ bằng thế năng tại điểm cuối trừ thế năng tại điểm đầu (độ giảm thế năng).
Một số câu hỏi và bài tập để củng cố lại kiến thức công của lực điện là gì
Câu hỏi số 1: Giả sử điện tích q di chuyển trong điện trường theo một đường cong khép kín. Gọi công của lực điện trong chuyển động đó là A thì:
A. A>0 nếu q<0
B. A>0 nếu q>0
C. A≠0 nếu điện trường không đổi
D. A=0
Giải thích: Đường cong khép kín thì điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Do đó A=0.
Câu hỏi số 2: Cho ba điểm A, B, C trong một điện trường đều. AB = 2cm, BC = 3cm, hiệu điện thế giữa hai điểm AB là 1V, BC là 3V. Vậy cường độ điện trường tại ba điểm đó sẽ như thế nào ?
A. Bằng nhau
B. Tại điểm A là lớn nhất
C. Tại điểm A là nhỏ nhất
D. Không có đáp án đúng
Giải thích: Điện trường đều nên cường độ điện trường tại mọi điểm là như nhau.
Câu hỏi số 3: Vì sao người ta nói rằng trường hấp dẫn và điện trường đều là những trường thế ?
Đáp án: Vì công của lực hấp dẫn và công của lực điện trường không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của đường đi.
Bài tập tính toán: Cho hai tấm kim loại đặt song song và cách nhau 1cm, được nhiễm điện trái dấu và có độ lớn bằng nhau. Để một điện tích q = 2.10-9 C di chuyển từ tấm này đến tấm kia tốn một công A = 2.10-8 J. Hãy xác định cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại đó. Biết rằng điện trường là điện trường đều và có đường sức vuông góc với các tấm.
Hướng dẫn: Ta có công thức tính công của lực điện là A = q.E.d. Suy ra cường độ điện trường E sẽ được tính theo công thức: E = A÷(q.d). Thế số vào và bấm máy tính ta sẽ có được đáp án: E = 300V/m.