Điện tích là gì? Trình bày các tính chất cơ bản của điện tích?

1. Điện tích là gì? 

Trong vật lý, điện tích là một khái niệm liên quan đến tính chất điện của vật chất. Điện tích là một đặc tính của hạt điện tử và proton trong nguyên tử, tạo nên hiện tượng tương tác điện từ giữa chúng. Điện tích cũng là một đại lượng cơ bản trong các hiện tượng điện tĩnh và điện động.

Có hai loại điện tích cơ bản:

– Điện tích dương (dương điện tích): Là điện tích mà proton mang. Nó được ký hiệu là “+e”, trong đó “e” đại diện cho điện tích cơ bản, khoảng 1.602 x 10^(-19) coulombs.

– Điện tích âm (âm điện tích): Là điện tích mà hạt điện tử mang. Nó cũng là “-e”, có giá trị bằng đối của điện tích dương.

Các nguyên tử thường có bằng nhau về số điện tử và proton, nên tổng điện tích của nguyên tử là trung bình bằng không. Tuy nhiên, khi nguyên tử mất hoặc nhận thêm điện tử, nó sẽ trở thành một ion dương (khi mất điện tử) hoặc ion âm (khi nhận thêm điện tử).

Điện tích cũng là nguyên nhân của tác động điện từ giữa các vật thể. Sự tương tác này dẫn đến hiện tượng như sự chuyển động của các hạt điện tử trong dây dẫn, tạo ra dòng điện, và cũng là nguyên nhân của các hiện tượng như tương tác tĩnh điện, tạo ra các lực Coulomb và các hiện tượng điện liên quan khác.

2. Các tính chất cơ bản của điện tích: 

Điện tích là một đặc tính cơ bản của hạt điện tử và proton, tạo nên các hiện tượng tương tác điện từ. Dưới đây là các tính chất cơ bản của điện tích:

Pha cảm và không pha cảm: Điện tích có khả năng tương tác với các trường điện (như trong trường hợp của các nguyên tử trong dây dẫn) và tạo ra các trường điện tổng hợp (như trong trường hợp của các điện tử tự do trong không khí). Các vật liệu có thể được phân loại là pha cảm (phản hồi tới trường điện bằng cách chuyển đổi và dịch chuyển điện tích nội tại) hoặc không pha cảm (không thay đổi điện tích nội tại).

Nguyên tố cơ bản của lực điện: Điện tích là nguyên tố cơ bản mà lực điện được xây dựng dựa trên nó. Các lực điện tích tương tác bao gồm lực hút điện (giữa hai điện tích trái dấu, chẳng hạn proton và electron) và lực đẩy điện (giữa hai điện tích cùng dấu).

Phân tách bền vững: Điện tích không bao giờ biến mất hoặc tạo ra từ hư không. Nó có thể chuyển từ một vật thể sang vật thể khác hoặc tạo ra bằng quá trình chuyển động của các hạt điện tử.

Luân phiên: Điện tích luôn tồn tại dưới dạng luân phiên – tức là mỗi điện tích dương đều đi kèm với một điện tích âm tương ứng, và ngược lại.

Tương tác từ xa: Điện tích có khả năng tương tác với các điện tích khác từ xa thông qua trường điện. Khi có sự chênh lệch điện tích giữa hai vật, chúng sẽ tạo ra một lực tương tác giữa chúng theo định luật Coulomb.

Phản xạ và lưu trữ thông tin: Điện tích có khả năng phản xạ và lưu trữ thông tin. Các sự tương tác điện tử, chẳng hạn như trong quá trình phát quang và tương tác của ánh sáng với điện tử, giúp chúng ta hiểu về cấu trúc của nguyên tử và các vấn đề khác trong lĩnh vực vật lý.

Phụ thuộc vào số lượng điện tích: Cường độ của lực điện phụ thuộc vào lượng điện tích của các hạt tương tác. Điện tích càng lớn thì lực tương tác càng mạnh.

Các tính chất này là quan trọng trong việc hiểu và giải thích các hiện tượng điện từ và tương tác điện tích trong vật lý.

3. Điện tích của một vật có thể dương hay âm? Vì sao?

Điện tích của một vật có thể là dương hoặc âm, tuỳ thuộc vào số lượng các hạt điện tử và proton có trong vật đó.

– Nếu trong vật có số lượng hạt proton nhiều hơn số lượng hạt điện tử, vật đó sẽ có điện tích dương. Điện tích dương được tạo ra bởi các proton, là các hạt mang điện tích dương trong nhân của nguyên tử.

– Ngược lại, nếu số lượng hạt điện tử nhiều hơn số lượng hạt proton, vật đó sẽ có điện tích âm. Điện tích âm được tạo ra bởi các hạt điện tử, là các hạt mang điện tích âm xung quanh nhân của nguyên tử.

Việc xác định điện tích dương hay âm của một vật có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, trong đó một phương pháp phổ biến là sử dụng máy đo điện tích hoặc các thiết bị đo điện tử khác.

Tóm lại, điện tích của một vật có thể dương hay âm tuỳ thuộc vào số lượng các hạt điện tử và proton có trong vật đó.

Sự tương tác giữa hai điện tích cùng dấu và trái dấu được mô tả bằng định luật Coulomb. Định luật này nói rằng, lực tương tác giữa hai điện tích đều tỉ lệ thuận với tích của hai điện tích và nghịch đảo tỉ lệ với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Khi hai điện tích cùng dấu, tức là cả hai điện tích đều là dương hoặc đều là âm, thì lực tương tác giữa chúng là lực đẩy ra xa nhau. Lực này có chiều đi từ mỗi điện tích tới điểm giao của đường điện giữa chúng.

Ngược lại, khi hai điện tích trái dấu, tức một điện tích là dương và một điện tích là âm, thì lực tương tác giữa chúng là lực hút lại gần nhau. Lực này có chiều đi từ điện tích dương tới điện tích âm.

Định luật Coulomb cũng cho biết rằng, cường độ của lực tương tác giữa hai điện tích còn phụ thuộc vào hằng số điện trường trong không gian xung quanh chúng. Hằng số này được kí hiệu là k và có giá trị xác định.

Tóm lại, khi hai điện tích cùng dấu, lực tương tác giữa chúng là lực đẩy và có chiều đi từ mỗi điện tích tới điểm giao của đường điện giữa chúng. Khi hai điện tích trái dấu, lực tương tác giữa chúng là lực hút và có chiều đi từ điện tích dương tới điện tích âm.

4. Ký hiệu của điện tích:

Điện tích còn được hiểu là “vật tích điện”. Mọi vật trung hòa về điện khi cho hay nhận điện tử âm sẽ trở thành điện tích.

Khi vật nhận electron vật sẻ trở thành điện tích âmː

Vật + e → Điện tích âm (-)

Khi vật cho electron vật sẻ trở thành điện tích dươngː

Vật − e → Điện tích dương (+)

Ký hiệu của điện tích là gì?

Điện tích âm có ký hiệu − Q. Điện tích dương có ký hiệu + Q.. Mọi điện tích đo bằng đơn vị Coulomb, ký hiệu C

Đơn vị Coulomb được định nghĩa như sau:

1C=6,24. 10-18 electron

5. Điện tích định luật Cu lông:

* Phát biểu theo định luật cu lông chúng ta có:

“ Các tương tác do lực hút hoặc lực đẩy giữa hai điện tích điểm được đặt trong môi trường chân không có phương trùng với đường thẳng nối liền hai điểm điện tích. Đồng thời độ lớn có tỉ lệ thuận với tích độ lớn của cả 2 điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.”

* Công thức xác định định luật Cu lông:

F=k(|q1.q2|/r2)

Trong đó:

k: là hệ số tỉ lệ

F:đơn vị niutơn (N)

q1, q2: là những điện tích điểm, đơn vị Cu lông

r2: đơn vị đo (mét

* Tính chất cơ bản của điện tích

– Điện tích tồn tại ở mọi nơi:

Có thể khẳng định điện tích tồn tại ở mọi nơi trong tự nhiên. Điều này cũng có nghĩa các hạt điện tích hoạt động một cách vô hướng. Con người hoàn toàn có thể can thiệp để thêm điện tích cho một vật chất một cách trực tiếp.

Tổng điện tích của một hệ thống (vật chất) là tổng đại số của những điện tích điểm. Ví dụ như: q1+q2+q3+…+qn

– Tính chất bảo tồn năng lượng:

Điện tích có tính chất tự bảo tồn năng lượng. Điều này cho thấy điện tích không thể tự tạo ra, đồng thời nó cũng không bị phá hủy do bất kỳ can thiệp nào khác trong tự nhiên.

Tuy nhiên, điện tích có thể được trao đổi, truyền đi giữa các vật chất khác nhau thông qua một số phương pháp như cảm ứng hoặc truyền dẫn…

– Tính chất tự bảo tồn năng lượng được thể hiện nhờ sự va chạm giữa các vật chất trong môi trường nhất định.

Ví dụ: nếu 5C là tổng điện tích của hệ thống, thì chúng ta có thể phân phối lại dưới dạng 1C, 2C và 2C hoặc trong bất kỳ hoán vị có thể nào khác. Ví dụ, đôi khi một nơtron phân rã để tạo ra một electron và một proton theo mặc định trong tự nhiên. Điện tích ròng của hệ sẽ bằng 0 vì các electron và proton có cùng độ lớn và các dấu ngược nhau.

– Định lượng điện tích

Điều này biểu thị thực tế rằng điện tích là một đại lượng được lượng tử hóa và chúng ta có thể biểu thị nó dưới dạng bội số nguyên của đơn vị điện tích cơ bản (điện tích e trên một electron). Giả sử điện tích trên một vật là q, sau đó chúng ta có thể viết nó dưới dạng

q = ne

Trong đó n là số nguyên và không phải là số nguyên hoặc số vô tỉ, có thể là bất kỳ số nguyên dương hoặc âm nào như 1, 2, 3, -5… Đơn vị điện tích cơ bản là điện tích mà electron hoặc proton mang. Theo quy ước, chúng ta coi điện tử là âm và biểu thị nó là điện tử và điện tích trên một proton chỉ đơn giản là siêu tốc.

Chúng ta có thể sử dụng nguyên lý lượng tử hóa để tính tổng lượng điện tích có trong một vật và cũng để tính toán một số electron hoặc proton trong một vật. Giả sử một hệ có n1 số electron và n2 số proton thì tổng lượng điện tích sẽ là n2e – n1e.