Điện trường

Lực tác dụng từ xa

• Chải lược lên tóc rồi đặt gần giấy vụn. Giấy nhảy lên chạm vào lược, vượt qua khoảng trống không khí, mà không có vật nào chạm trực tiếp.
• Newton gọi lực tác dụng từ xa qua không gian trống là không thể chấp nhận về mặt triết học, và ông đã đúng khi lo ngại. Câu trả lời hiện đại là lược làm thay đổi space around it (không gian xung quanh nó), và giấy phản ứng lại với vùng không gian đó.
• Vùng bị biến đổi này là một electric field (điện trường), và toàn bộ chủ đề này là cách mô tả nó chính xác để tính toán.
• Bài học này định nghĩa electric field strength (cường độ điện trường), lực mà nó tạo ra, và cách các field lines (đường sức) biểu diễn nó.

Cường độ trường

• Electric field strength tại một điểm là force per unit positive charge (lực trên một đơn vị điện tích dương) tác dụng lên một small test charge (điện tích thử nhỏ) đặt tại điểm đó:

• Ba từ mang hai điểm. Force per unit charge (lực trên đơn vị điện tích), không phải "force on a charge" (lực tác dụng lên điện tích). Positive (dương), là yếu tố xác định hướng. Và small (nhỏ) hoặc test (thử), để điện tích không làm nhiễu loạn điện trường đang đo.
• Đơn vị là $\text{N/C}$, giống nhau với $\text{V/m}$. $E$ là một vector (vectors).

Lực tác dụng lên điện tích

• Sắp xếp lại công thức, điện trường cho biết lực tác dụng lên bất kỳ điện tích nào đặt trong nó:

• Điện tích positive (dương) bị đẩy along (dọc theo) đường sức. Điện tích negative (âm) bị đẩy against (ngược chiều) với nó, vì $q$ mang giá trị âm.
• Trong các bài toán này, trọng lực hầu như luôn bỏ được. Một electron trong điện trường $1500\ \text{V/m}$ gia tốc ở $2.6 \times 10^{14}\ \text{m/s}^2$, ngược lại với $9.81$ (trọng lực), nên khối lượng bị coi là không đáng kể trừ khi câu hỏi yêu cầu cân bằng lực.

Một điện trường đủ mạnh để xé tách electron khỏi phân tử không khí

Ví dụ minh họa: điện trường từ gia tốc

Các đường trường

• Một field line (đường sức) chỉ ra, thông qua direction (hướng), phương của lực tác dụng lên một positive (dương) charge (điện tích) đặt tại đó, và qua spacing (khoảng cách), độ mạnh của điện trường: các đường gần nhau hơn nghĩa là điện trường mạnh hơn.
• Các đường start on positive (bắt đầu từ điện tích dương) và end on negative (kết thúc ở điện tích âm), hoặc chạy ra vô cực. Chúng never cross (không bao giờ cắt nhau), vì lực tại một điểm chỉ có một hướng.
• Mỗi đường đều có arrow (mũi tên), và các đường gặp bề mặt vật dẫn ở góc right angles (vuông góc).
• Một bản vẽ cần đánh dấu đúng các điểm: có mũi tên, không cắt nhau, bắt/kết thúc đúng, và khoảng cách hợp lý.

Bốn mẫu chuẩn worth being able to draw from memory (nên nhớ để vẽ được)

Các mẫu cần biết

• Một positive point charge (điện tích điểm dương): các đường径向 pointing outwards (hướng ra ngoài). Một điện tích âm: các đường径向 pointing inwards (hướng vào trong).
• Hai điện tích trái dấu, một dipole (cặp điện tích): các đường cong từ dương sang âm.
• Hai bản phẳng song song mang điện: các đường song song cách đều nhau, là một uniform field (điện trường đều), ngoại trừ độ cong ở rìa.

Một quả cầu dẫn điện mang điện

• Điện tích trên một isolated conductor (vật dẫn cô lập) nằm trên outer surface (bề mặt ngoài), phân bố đều nếu quả cầu đứng một mình.
• Outside (bên ngoài), các đường sức radial và cách đều: đúng mẫu của một point charge at the centre (điện tích điểm ở tâm), nên $r$ được đo từ tâm.
• Inside (bên trong) một vật dẫn rỗng hay đặc, điện trường là zero (bằng 0), do đó vật dẫn là một equipotential (đồng thế).
• Trên đồ thị $E$ theo $x$ cho quả cầu này, radius (bán kính) là nơi $E$ nhảy lên từ 0, và điện tích suy ra từ bất kỳ điểm nào trên đường cong dùng $Q = 4\pi\varepsilon_0 r^2 E$.

Điểm số dễ mất

Bạn đã nắm vững