Định luật Coulomb là một trong những định luật quan trọng nhất trong lĩnh vực lực tĩnh điện. Định luật này được đưa ra bởi nhà vật lý Charles Augustin de Coulomb đến từ Pháp vào thế kỷ 18.
Mục lục bài viết
1. Định luật Cu-lông là gì?
Định luật Coulomb là một trong những định luật quan trọng nhất trong lĩnh vực lực tĩnh điện. Định luật này được đưa ra bởi nhà vật lý Charles Augustin de Coulomb đến từ Pháp vào thế kỷ 18. Ông đã nhận ra sự tương đồng giữa điện học và cơ học, và giữa hai vật và hai điện tích điểm. Định luật Coulomb được phát biểu như sau: lực hút hoặc đẩy giữa hai điện tích điểm được đặt cùng phương với đường thẳng nối hai điện tích đó. Nếu hai điện tích điểm trái dấu, chúng sẽ hút nhau, còn nếu cùng dấu thì chúng sẽ đẩy nhau. Độ lớn của lực này sẽ tỉ lệ thuận với tích của điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.
Để hiểu rõ hơn về định luật Coulomb, chúng ta cần phải tìm hiểu về các khái niệm liên quan đến lực tĩnh điện như điện tích, điểm điện tích, khoảng cách giữa hai điểm điện tích. Điện tích là một đại lượng vô hướng, nó mô tả mức độ tương tác của vật trong không gian với các điểm điện tích khác. Điểm điện tích là một vật chứa một lượng điện tích nhất định và không có kích thước. Khoảng cách giữa hai điểm điện tích được tính bằng khoảng cách Euclid.
Ngoài ra, định luật Coulomb cũng có nhiều ứng dụng trong thực tế. Trong lĩnh vực điện tử, định luật Coulomb được sử dụng để tính toán lực hút hoặc đẩy giữa các điện tích trong mạch điện. Trong lĩnh vực điện động lực học, định luật Coulomb được sử dụng để tính toán lực điện động giữa các ion trong dung dịch. Trong lĩnh vực cơ học vật rắn, định luật Coulomb được sử dụng để tính toán lực giữa các hạt nhỏ trong chất rắn.
Vì vậy, định luật Coulomb là một định luật rất quan trọng trong lĩnh vực lực tĩnh điện và có nhiều ứng dụng trong thực tế. Việc hiểu rõ về định luật này sẽ giúp chúng ta có được những kiến thức cơ bản để tìm hiểu sâu hơn trong lĩnh vực này.
2. Công thức định luật Cu-lông:
Định luật Cu-lông là một trong những định luật cơ bản của điện lực học. Nó mô tả lực điện giữa hai vật điện tích và khoảng cách giữa chúng. Định luật này được viết thành công thức toán học như sau:
Trong đó:
– F: lực điện
– k: hằng số điện
– q1 và q2: điện tích của các vật
– r: khoảng cách giữa các vật
Công thức này cho phép tính toán lực điện giữa hai vật dựa trên điện tích của chúng và khoảng cách giữa chúng. Hằng số điện k là một hằng số phụ thuộc vào môi trường xung quanh các vật.
Định luật Cu-lông có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả vật lý và hóa học. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để tính toán lực hút giữa hai ion trong một phân tử muối. Khi khoảng cách giữa hai ion giảm, lực hút giữa chúng sẽ tăng lên theo một cách đáng kể. Tương tự, nó cũng có thể được sử dụng để tính toán lực điện giữa các hạt điện tử trong một nguyên tử.
Định luật Cu-lông là một trong những công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu các hiện tượng điện lực và tính toán các giá trị liên quan.
3. Ứng dụng của định luật Cu-lông:
Định luật Cu-lông là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong lĩnh vực vật lý và hóa học. Định luật này mô tả mối tương tác giữa các điện tích trong các phân tử và hạt nhân, đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích và dự đoán các hiện tượng vật lý và hóa học.
3.1. Trong lĩnh vực năng lượng:
Định luật Cu-lông đã đóng góp rất nhiều vào việc hiểu và nghiên cứu về tương tác điện trong các hệ thống điện – từ nguyên tử, phân tử cho đến hạt nhân và vũ trụ. Nó được áp dụng trong các lĩnh vực như điện tử, điện động lực học, điện hóa, và vật lý hạt nhân. Định luật Cu-lông giúp tính toán và dự đoán năng lượng liên kết, cấu trúc và tính chất hóa học của các chất.
3.2. Trong lĩnh vực hóa học:
Định luật Cu-lông giúp giải thích và dự đoán sự tương tác điện giữa các nguyên tử và phân tử trong các phản ứng hóa học. Nó được sử dụng để tính toán lực cố định giữa các ion trong các hợp chất ion hay các phân tử có điện tích. Định luật Cu-lông cũng cho phép tính toán và dự đoán năng lượng liên kết, cấu trúc và tính chất hóa học của các chất.
3.3. Trong lĩnh vực công nghệ:
Định luật Cu-lông được áp dụng trong công nghệ xử lý tín hiệu, thiết kế mạch điện, và viễn thông. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các thiết bị điện tử như transistor, vi điều khiển và các loại linh kiện điện tử khác. Nó cũng được sử dụng trong việc tính toán và dự đoán điểm sự cố và hiệu suất của các hệ thống điện tử.
Ngoài ra, Định luật Cu-lông còn được áp dụng trong nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới. Việc hiểu được định luật này sẽ giúp chúng ta có thể tạo ra các vật liệu mới với tính chất đặc biệt, như vật liệu dẫn điện, vật liệu siêu dẫn, vật liệu phát quang và nhiều loại vật liệu khác.
Ngoài các ứng dụng truyền thống, định luật Cu-lông còn được áp dụng trong lĩnh vực y tế. Các nhà khoa học đã sử dụng định luật này để phát triển các phương pháp điều trị ung thư và các bệnh lý khác. Ví dụ, nghiên cứu định luật Cu-lông đã giúp các nhà khoa học tạo ra các phương pháp mới để ngăn chặn sự phát triển của các tế bào ung thư.
Tóm lại, Định luật Cu-lông là một khái niệm quan trọng và rất đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau. Việc hiểu và áp dụng định luật này sẽ giúp chúng ta có thể nghiên cứu và phát triển các hệ thống và sản phẩm mới, cũng như cải thiện hiệu suất các hệ thống và sản phẩm hiện có. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tiếp tục khai thác định luật này để phát triển các ứng dụng mới và tối ưu hóa các ứng dụng hiện có.
4. Bài tập vận dụng:
Bài 1. Hai điện tích điểm cùng độ lớn được đặt cách nhau 1 m trong nước nguyên chất tương tác với nhau một lực bằng 10 N. Nước nguyên chất có hằng số điện môi bằng 81. Độ lớn của mỗi điện tích là
A. 9 C.
B. 9.10-8 C.
C. 0,3 mC.
D. 10-3 C
Đáp án: C
Bài 2. Trong những cách sau cách nào có thể làm nhiễm điện cho một vật?
A. Cọ chiếc vỏ bút lên tóc
B. Đặt một nhanh nhựa gần một vật đã nhiễm điện
C. Đặt một vật gần nguồn điện
D. Cho một vật tiếp xúc với viên pin.
Đáp án: A
Bài 3. Trong các hiện tượng sau, hiện tượng nào không liên quan đến nhiễm điện?
A. Về mùa đông lược dính rất nhiều tóc khi chải đầu
B. Chim thường xù lông về mùa rét
C. Ôtô chở nhiên liệu thường thả một sợi dây xích kéo lê trên mặt đường
D. Sét giữa các đám mây.
Đáp án: B
Bài 4. Điện tích điểm là
A. Vật có kích thước rất nhỏ.
B. Điện tích coi như tập trung tại một điểm.
C. Vật chứa rất ít điện tích.
D. Điểm phát ra điện tích.
Đáp án: B
Bài 5. Về sự tương tác điện, trong các nhận định dưới đây, nhận định sai là
A. Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau.
B. Các điện tích khác loại thì hút nhau.
C. Hai thanh nhựa giống nhau, sau khi cọ xát với len dạ, nếu đưa lại gần thì chúng sẽ hút nhau.
D. Hai thanh thủy tinh sau khi cọ xát vào lụa, nếu đưa lại gần nhau thì chúng sẽ đẩy nhau.
Đáp án: C
Bài 6. Khi khoảng cách giữa hai điện tích điểm trong chân không giảm xuống 2 lần thì độ lớn lực Cu – lông
A. Tăng 4 lần.
B. Tăng 2 lần.
C. Giảm 4 lần.
D. Giảm 4 lần.
Đáp án: A
Bài 7. Nhận xét không đúng về điện môi là:
A. Điện môi là môi trường cách điện.
B. Hằng số điện môi của chân không bằng 1.
C. Hằng số điện môi của một môi trường cho biết lực tương tác giữa các điện tích trong môi trường đó nhỏ hơn so với khi chúng đặt trong chân không bao nhiêu lần.
D. Hằng số điện môi có thể nhỏ hơn 1.
Đáp án: D
Bài 8. Có thể áp dụng định luật Cu – lông để tính lực tương tác trong trường hợp
A. Tương tác giữa hai thanh thủy tinh nhiễm đặt gần nhau.
B. Tương tác giữa một thanh thủy tinh và một thanh nhựa nhiễm điện đặt gần nhau.
C. Tương tác giữa hai quả cầu nhỏ tích điện đặt xa nhau.
D. Tương tác điện giữa một thanh thủy tinh và một quả cầu lớn.
Đáp án: C
Bài 9. Có thể áp dụng định luật Cu – lông cho tương tác nào sau đây?
A. Hai điện tích điểm dao động quanh hai vị trí cố định trong một môi trường.
B. Hai điện tích điểm nằm tại hai vị trí cố định trong một môi trường.
C. Hai điện tích điểm nằm cố định gần nhau, một trong dầu, một trong nước.
D. Hai điện tích điểm chuyển động tự do trong cùng môi trường.
Đáp án: B
Bài 10. Cho 2 điện tích có độ lớn không đổi, đặt cách nhau một khoảng không đổi. Lực tương tác giữa chúng sẽ lớn nhất khi đặt trong
A. Chân không.
B. Nước nguyên chất.
C. Dầu hỏa.
D. Không khí ở điều kiện tiêu chuẩn.
Đáp án: A
Bài 11. Xét tương tác của hai điện tích điểm trong một môi trường xác định. Khi lực đẩy Cu – lông tăng 2 lần thì hằng số điện môi
A. Tăng 2 lần.
B. Vẫn không đổi.
C. Giảm 2 lần.
D. Giảm 4 lần.
Đáp án: B
Bài 12. Sẽ không có ý nghĩa khi ta nói về hằng số điện môi của
A. Hắc ín (nhựa đường).
B. Nhựa trong.
C. Thủy tinh.
D. Nhôm.
Đáp án: D
Bài 13. Trong vật nào sau đây không có điện tích tự do?
A. Thanh niken.
B. Khối thủy ngân.
C. Thanh chì.
D. Thanh gỗ khô.
Đáp án: D
Bài 14. Hai điện tích điểm trái dấu có cùng độ lớn 10-4/3 C đặt cách nhau 1 m trong parafin có điện môi bằng 2 thì chúng
A. Hút nhau một lực 0,5 N.
B. Hút nhau một lực 5 N.
C. Đẩy nhau một lực 5 N.
D. Đẩy nhau một lực 0,5 N.
Đáp án: B
Bài 15. Hai điện tích điểm cùng độ lớn 10-4 C đặt trong chân không, để tương tác nhau bằng lực có độ lớn 10-3 N thì chúng phải đặt cách nhau
A. 30000 m.
B. 300 m.
C. 90000 m.
D. 900 m.
Đáp án: B
Bài 16. Hai điện tích điểm được đặt cố định và cách điện trong một bình không khí thì hút nhau 1 lực là 21 N. Nếu đổ đầy dầu hỏa có hằng số điện môi 2,1 vào bình thì hai điện tích đó sẽ
A. Hút nhau 1 lực bằng 10 N.
B. Đẩy nhau một lực bằng 10 N.
C. Hút nhau một lực bằng 44,1 N.
D. Đẩy nhau 1 lực bằng 44,1 N.
Đáp án: A
Bài 17. Hai điện tích điểm được đặt cố định và cách điện trong một bình không khí thì lực tương tác Cu – lông giữa chúng là 12 N. Khi đổ đầy một chất lỏng cách điện vào bình thì lực tương tác giữa chúng là 4 N. Hằng số điện môi của chất lỏng này là
A. 3.
B. 1/3.
C. 9.
D. 1/9
Đáp án: A
Bài 18. Hai điện tích điểm đặt cách nhau 100 cm trong parafin có hằng số điện môi bằng 2 thì tương tác với nhau bằng lực 8 N. Nêu chúng được đặt cách nhau 50 cm trong chân không thì tương tác nhau bằng lực có độ lớn là
A. 1 N.
B. 2 N.
C. 8 N.
D. 48 N.
Đáp án: A
