3. Điện Trường Và Cường độ điện Trường. Đường Sức điện - Vật Lí

I. Điện trường

1. Môi trường truyền tương tác điện

Giả sử ta đặt hai quả cầu tích điện trái dấu trong một bình kín rồi hút hết không khí ra thì lực hút giữa hai quả cầu mạnh lên. Như vậy, phải có một môi trường nào đó truyền tương tác điện giữa hai quả cầu. Môi trường đó là điện trường

2. Điện trường

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

II. Cường độ điện trường

1. Khái niệm 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, đặt tại đó một điện tích điểm thử q và xét lực điện tác dụng lên q. Theo định luật Cu-lông, q càng nằm xa Q thì lực điện càng nhỏ. Ta nói điện trường tại các điểm càng xa Q càng yếu. Từ đó có khái niệm cường độ điện trường: cường độ điện trường đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm.

2. Định nghĩa

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.

$E = \frac{F}{q}$

E là cường độ điện trường tại điểm mà ta xét.

3. Vectơ cường độ điện trường

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

$\overrightarrow E = \frac{{\overrightarrow F }}{q}$

Vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow E $ có:

- phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương;

- chiều dài (môđun) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỉ xích nào đó.

4. Đơn vị đo cường độ điện trường

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

5. Cường độ điện trường của một điện tích điểm

Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q trong chân không:

$E = \frac{F}{q} = k\frac{{\left| Q \right|}}{{{r^2}}}$

6. Nguyên lí chồng chất điện trường

Các điện trường $\overrightarrow {{E_1}} ,\overrightarrow {{E_2}} $ đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập với nhau và điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp $\overrightarrow {{E}} $:

$\overrightarrow E = \overrightarrow {{E_1}} + \overrightarrow {{E_2}} $

Các vectơ cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành.

III. Đường sức điện

1. Hình ảnh các đường sức điện

Đặt hai quả cầu kim loại trong một bể nhỏ hình hộp chữ nhật, có thành bằng thuỷ tinh trong suốt, trong đựng dầu cách điện. Cho một ít các hạt cách điện (như mạt cưa) nằm lơ lửng trong dầu. Khuấy đều các hạt cách điện rồi tích điện trái dấu cho hai quả cầu. Ta sẽ thấy các hạt cách điện nằm dọc theo những đường nối hai quả cầu gọi là đường sức điện.2. Định nghĩa

Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. Hay, đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo đó.

3. Hình dạng đường sức của một số điện trường

- Ta chỉ vẽ được những đường sức điện trong những trường hợp đơn giản như: đường sức điện trong điện trường của một điện tích điểm như hình sau:

- Trong những trường hợp khác thì phải chụp ảnh và vẽ theo ảnh chụp như hình sau:

4. Các đặc điểm của đường sức điện

a) Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có một đường sức điện.

b) Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.

c) Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là đường không khép kín. Nó đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm. Nếu chỉ có một điện tích thì các đường sức đi từ điện tích dương ra vô cực hoặc đi từ vô cực đến điện tích âm.

d) Tuy các đường sức điện là dày đặc, nhưng ta chỉ vẽ một số ít đường theo quy ước: Số đường sức đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

5. Điện trường đều

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