Điện trường đều là gì? Điện trường đều là điện trường có?

1. Điện trường được hiểu như thế nào:

1.1. Môi trường truyền tương tác điện:

Giả sử chúng ta đặt hai quả cầu có điện tích trái dấu vào một bình kín và sau đó tiến hành hút hết không khí ra khỏi bình. Kết quả bất ngờ là lực hút giữa hai quả cầu không chỉ không yếu đi, mà thậm chí còn mạnh hơn trước. Điều này đưa ra một câu hỏi: tại sao khi không có không khí, lực hút giữa hai quả cầu lại mạnh lên?

Để giải thích hiện tượng này, chúng ta cần tìm hiểu về khái niệm của điện trường. Khi không có không khí, chúng ta đã loại bỏ đi những tác nhân gây ảnh hưởng đến tương tác điện. Trong môi trường không khí, các phân tử khí và ion tồn tại và có khả năng tương tác với các điện tích, gây ra một số biểu hiện như đẩy lui, làm yếu đi tác động của lực điện trường.

Khi chúng ta hút hết không khí, môi trường trở nên “trong suốt” đối với tương tác điện. Điều này dẫn đến việc lực hút giữa hai quả cầu trở nên rõ rệt hơn, vì không còn có các tác nhân ngoại lai gây ra sự nhiễu loạn trong tương tác. Trong trường hợp này, môi trường chính là điện trường, nơi mà tương tác điện giữa hai quả cầu có thể diễn ra một cách mạnh mẽ hơn.

1.2. Điện trường là gì?

Điện trường là môi trường ( dạng vật chất ) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

Nơi nào có điện tích thì xung quanh điện tích đó có điện trường.

Một điện tích Q nằm tại một điểm trong không gian sẽ gây ra xung quanh nó một điện trường. Một điện tích q nằm trong điện trường đó sẽ bị Q tác dụng một lực điện và ngược lại, q cũng tác dụng lên Q một lực đối.

1.3. Cường độ điện trường:

Giả sử có một điện tích điểm Q nằm tại điểm O. Điện tích này tạo ra một điện trường xung quanh nó. Để nghiên cứu điện trường của Q tại điểm M, ta đặt tại đó một điện tích điểm q, gọi là điện tích thử và xét lực điện tác dụng lên q. Theo định luật Cu – lông, q nằm xa Q thì lực điện càng nhỏ. Ta nói điện trường tại các điểm càng xa Q càng yếu. Vì thế cần phải xây dựng một khái niệm đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm. Khái niệm đó là cường độ điện trường.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng lần lượt các điện tích thử q1, q2,.. khác nhau tại một điểm thì:

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q ( dương ) đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

1.4. Vecto cường độ điện trường:

Vì lực F là đại lượng vecto, còn điện tích q là đại lượng vô hướng, nên cường độ điện trường E cũng là một đại lượng vecto.

Cường độ điện trường được biểu diễn bằng một vecto bằng một vecto gọi là vecto cường độ điện trường.

Vecto cường độ điện trường  có:

– Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương

– Chiều dài ( môdun ) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỷ lệ xích nào đó.

Đơn vị đo cường độ điện trường là Vôn trên mét ( kí hiệu là V/m )

1.5. Công thức tính cường độ điện trường tại một điện tích điểm:

Trong đó: 

• E: cường độ điện trường tại một điểm ( V/m )

• r: khoảng cách ( m )

• q: điện tích ( C )

• : hằng số điện môi ( chân không, không khí )

2. Điện trường đều được hiểu như thế nào:

Điện trường đều là điện trường có độ lớn của điện trường tại mọi điểm là như nhau, điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều.

Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

Điện trường đều là điện trường có vecto cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn, nghĩa là các đường sức điện là các đường thẳng song song cách đều nhau. Ví dụ điện trường giữa hai tấm kim loại phẳng đặt song song gần nhau là điện trường đều.

Điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều.

– Ở quy mô nguyên tử, điện trường là lực tương tác chính giữa hạt nhân và các electron trong nguyên tử. Điện trường và từ trường đều là biểu hiện của lực điện từ, một trong bốn lực cơ bản (hoặc tương tác cơ bản) của tự nhiên.

Điện trường rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực vật lý và được khai thác thực tế trong công nghệ điện.

– Điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều.

– Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, cùng chiều, và cùng độ lớn; đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều.

Một ví dụ về điện trường đều là trong một không gian chứa một bộ tụ điện song song, trong đó các tấm dẫn điện lớn và bằng nhau được đặt cách đều nhau. Khi một điện áp được áp dụng trên bộ tụ điện, điện trường sẽ được tạo ra và phân bố đều trong không gian giữa các tấm dẫn điện. Nghĩa là mật độ điện tích trên các tấm dẫn điện là đồng đều và không thay đổi theo khoảng cách giữa các tấm.

Ví dụ khác, một đĩa dẫn điện rộng và phẳng được kết nối với nguồn điện với điện thế nhất định. Trong trường hợp điện trường đều, mật độ điện tích trên đĩa dẫn điện là đồng đều và không thay đổi theo vị trí trên bề mặt đĩa.

Các ví dụ này đều miêu tả trường hợp điện trường đều, trong đó mật độ điện tích được phân bố đồng đều trong không gian và không thay đổi theo khoảng cách giữa các điểm.

– Điện tích thử là: Nếu một điện tích điểm để sử dụng trong thí nghiệm, có thể là thí nghiệm được tưởng tượng trên lý thuyết ta gọi đó là điện tích thử.

3. Bài tập vận dụng và lời giải:

Câu 1. Một điện tích điểm q = -2,5.10-7C đặt tại điểm M trong điện trường, chịu tác dụng của lực điện trường có độ lớn 6,2.10-2N. Cường độ điện trường tại M là:

A. 2,4.105 V/m

B. -2,4.105V/M

C. 15.10-9V/m

D. -15.10-9V/m

Đáp án: A

Ta có: E = F/q (q là điện tích thử dương) ⇒ E = 2,4.105V/m.

Câu 2: Cho điện tích điểm –q ( q > 0); điện trường tại điểm mà nó gây ra có chiều:

A. Hướng về phía nó.      

B. Hướng ra xa nó.

C. Phụ thuộc độ lớn của nó.      

D. Phụ thuộc nhiệt độ môi trường.

Đáp án: A

Với q = -Q < 0 thì điện trường mà nó gây ra có chiều hướng về phía nó.

Câu 3: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về điện trường?

A. Xung quanh điện tích có điện trường, điện trường truyền tương tác điện

B. Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực lên điện tích đặt trong nó

C. Điện trường tĩnh là do các hạt mang điện đứng yên sinh ra

D. Điện trường đều là điện trường có các đường sức song song nhưng không cách đều nhau.

Đáp án: D

Điện trường đều là điện trường có các đường sức song song, cùng hướng bằng và cách đều nhau.

Câu 4: Khái niệm nào dưới đây cho biết độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm?

A. Đường sức điện.      

B. Điện trường.      

C. Cường độ điện trường.      

D. Điện tích.

Đáp án: C

Độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm phụ thuộc vào cường độ điện trường tại điểm đó.

Câu 5: Một điện tích điểm q đặt trong một môi trường đồng tính, vô hạn có hằng số điện môi bằng 2,5. Tại điểm M cách q một đoạn 0,4m vectơ cường độ điện trường có độ lớn bằng 9.105V/m và hướng về phía điện tích q. Khẳng định nào sau đây đúng khi nói về dấu và độ lớn của điện tích q?

A. q = –4 μC      

B. q = 4 μC      

C. q = 0,4 μC      

D. q = –0,4 μC

Đáp án: D

Do vectơ cường độ điện trường hướng về phía điện tích q nên q < 0.

Mặt khác

Câu 6: Cường độ điện trường tại một điểm đặc trưng cho:

A. thể tích vùng có điện trường là lớn hay nhỏ.

B. điện trường tại điểm đó về phương diện dự trữ năng lượng.

C. tác dụng lực của điện trường lên điện tích tại điểm đó.

D. tốc độ dịch chuyển điện tích tại điểm đó.

Lời giải:

Thương  đặc trưng cho điện trường tại điểm đang xét về mặt tác dụng lực được gọi là cường độ điện trường. Chọn C.

Câu 7: Vectơ cường độ điện trường tại mỗi điểm có chiều:

A. cùng chiều với lực điện tác dụng lên điện tích thử dương tại điểm đó.

B. cùng chiều với lực điện tác dụng lên điện tích thử tại điểm đó.

C. phụ thuộc độ lớn điện tích thử.

D. phụ thuộc nhiệt độ môi trường.

Lời giải:

Do  nên nếu q > 0 ⇒ E→; F→ cùng chiều và q < 0 ⇒ E→; F→ ngược chiều.

Vì vậy điện tích thử dương thì vectơ cường độ điện trường tại mỗi điểm có chiều cùng chiều với lực điện tác dụng lên điện tích. Chọn A.

Câu 8: Cường độ điện trường là đại lượng

A. véctơ  

B. vô hướng, có giá trị dương.

C. vô hướng, có giá trị dương hoặc âm.  

D. vectơ, có chiều luôn hướng vào điện tích.

Lời giải:

Cường độ điện trường là đại lượng có hướng và độ lớn hay nó là đại lượng vecto.

Chọn A.