Giải Thích Hiện Tượng Nhiễm điện Hưởng ứng

THUYẾT ELECTRON

Nội dung chính Show

• Kiến thức tham khảo về hiện tượng nhiễm điện do hướng ứng trong thuyết electron.
• 1. Thuyết electron là gì?
• 2. Vận dụng thuyết electron
• 3. Định luật bảo toàn điện tích
• 4. Bài tập
• Video liên quan

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I. Thuyết êlectron

1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. 

-  Nguyên tử cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương nằm ở trung tâm và các êlectron mang điện âm chuyển động xung quanh. Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt là notron không mang điện và proton mang điện tích dương (Hình 2.1).

+ Êlectron có điện tích là e = - 1,6.10-19C và khối lượng là me = 9,1.10-31kg.

+ Proton có điện tích là q = +1,6.10-19C và khối lượng là mp = 1,6.10-27kg.

+ Khối lượng của notron xấp xỉ bằng khối lượng của proton.

- Số proton trong hạt nhân bằng số êlectron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn điện tích âm của êlectron.

- Điện tích của êlectron và điện tích của proton là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được. Vì vậy ta gọi chúng là những điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).

2. Thuyết êlectron

- Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện gọi là thuyết electron. 

- Nội dung:

+ Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.

+ Một nguyên tử trung hòa có thể nhận them một electron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.

+ Sự cư trú và di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng về điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.

II. Vận dụng

1. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện.

- Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.

- Vật dẫn điện là vật có chứa các điện tích tự do.

Ví dụ: Kim loại có chứa các electron tự do, các dung dịch axit, bazo, muối … có chứa các ion tự do. Chúng đều là các chất dẫn điện.

- Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do.

Ví dụ: Không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, nhựa, … Chúng đều là những chất cách điện.

2. Sự nhiễm điện do tiếp xúc

Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc.

3. Sự nhiễm điện do hưởng ứng.

Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.3). Ta thấy đầu M nhiễm điện âm, còn đầu N nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện của thanh kim loại MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng (hay hiện tượng cảm ứng tĩnh điện).

Tóm lại nhiễm điện do hưởng ứng là : Đưa một vật nhiễm điện lai gần nhưng không chạm vào vật dẫn khác trung hòa về điện. Kết quả là hai đầu của vật dẫn bị nhiễm điện trái dấu. Đầu của vật dẫn ở gần vật nhiễm điện thì mang điện tích trái dấu với vật nhiễm điện.

4. Giải thích các hiện tượng nhiễm điện.

Sự nhiễm điện do cọ xát: Khi hai vật cọ xát, electron dịch chuyển từ vật này sang vật khác, dẫn tới một vật thừa electron và nhiễm điện âm, còn một vật thiếu electron và nhiễm điện dương.

Sự nhiễm điện do tiếp xúc: Khi vật không mang điện tiếp xúc với vật mang điện, thì electron có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác làm cho vật không mang điện khi trước cũng bị nhiễm điện theo.

Sự nhiễm điện do hưởng ứng: Khi một vật bằng kim loại được đặt gần một vật đã nhiễm điện, các điện tích ở vật nhiễm điện sẽ hút hoặc đẩy electron tự do trong vật bằng kim loại làm cho một đầu của vật này thừa electron, một đầu thiếu electron. Do vậy, hai đầu của vật bị nhiễm điên trái dấu.

III. Định luật bảo toàn điện tích.

- Hệ cô lập về điện là hệ vật không có trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ. 

- Nội dung định luật: 

Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.

Sơ đồ tư duy về thuyết electron, định luật bảo toàn điện tích

Câu 4 (trang 12 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy giải thích hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, do tiếp xúc, do hưởng ứng.

Lời giải:

• Nhiễm điện do cọ xát: khi hai vật trung hòa về điện cọ xát với nhau, nguyên tử một vật sẽ bị mất một số electron và tích điện dương. Vật còn lại sẽ nhận được electron của vật kia và sẽ tích điện âm. Theo định luật bảo toàn điện tích thì tổng điện tích của hai vật sau khi tiếp xúc bằng không.

• Nhiễm điện do tiếp xúc: hai vật tích điện khác nhau, một vật có điện tích q1, một vật có điện tích q2. Khi tiếp xúc với nhau, một số electron sẽ di chuyển từ vật này sang vật kia cho đến khi cân bằng mật độ điện tích phân bố trên hai vật bằng nhau.

Nếu hai vật giống hệt nhau thì điện tích của chúng lúc cân bằng là:

• Nhiễm điện do hưởng ứng:

- Một vật trung hòa điện đặt gần một vật nhiễm điện. Nếu vật đó nhiễm điện âm thì nó sẽ đẩy electron của vật trung hòa ra xa nó, khiến vật trung hòa phân thành hai miền điện tích khác nhau, nguyên tử miền gần vật nhiễm điện sẽ tích điện dương và phần xa vật nhiễm điện sẽ tích điện âm, hình 2.1a.

- Ngược lại, nếu vật đó nhiễm điện dương thì nó sẽ hút các electron của vật trung hòa lại gần phía nó, khiến miền của vật trung hòa gần với vật nhiễm điện sẽ tích điện âm và phần xa vật nhiễm điện sẽ tích điện dương, hình 2.1b.

Thanh kim loại trung hòa điện đặt gần quả cầu nhiễm điện âm, các electron tự do trong thanh kim loại bị đẩy ra xa quả cầu. Do đó đầu thanh kim loại xa quả cầu thừa electron, nên nhiễm điện âm. Đầu thanh kim loại gần quả cầu thiếu electron, nên nhiễm điện dương.

Thanh kim loại đặt gần quả cầu nhiễm điện dương, electron tự do trong thanh kim loại bị hút lại gần quả cầu. do đó đầu thanh gần quả cầu thừa electron nên nhiễm điện âm, còn đầu kia thiếu electron nên nhiễm điện dương.

Vậy thực chất của sự nhiễm điện do hưởng ứng là sự phân bố lại điện tích trong thanh kim loại.

Hay nhất

Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng:khi cho một quả cầu kim loại tích điện lại gần một vật dẫn thì đầu xa quả cầu nhiễm điện cùng dấu với quả cầu, đầu gần quả cầu thì nhiễm điện trái dấu.

Giải thích:Trong các vật dẫn, electron chuyển động hỗn loạn. Khi đưa một quả cầu nhiễm điện (giả sử nhiễm điện dương) lại gần nó sẽ xảy ra tương tác Cu-lông.

Các electron sẽ bị hút về phía điện tích dương, dẫn đến một đầu của vật dẫn tập trung electron nên tích điện âm, đầu kia bị mất bớt electron nên tích điện dương.

Cùng Top lời giải trả lời chi tiết, chính xác câu hỏi: “Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích?” và đọc thêm phần kiến thức tham khảo giúp các bạn học sinh ôn tập và tích lũy kiến thức bộ môn Vật lý 11

- Trong kim loại các e chuyển động tự do trong không gian rỗng giữa các nguyên tử. Giải thích: Khi đưa lại gần một vật nhiễm điện, giả sử vật nhiễm điện dương lại gần 1 vật bằng kim loại thì: các e chuyển động trong vật đó sẽ bị hút về phía điện dương, khi các e đi về 1 bên đồng nghĩa với việc bên đó sẽ dương hơn vì lúc này các hạt nhân mất e nên mang điện tích dương. 

Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng ko làm thay đổi điện tích trong vật hưởng ứng, mà chỉ làm thay đổi lại vị trí sắp xếp các e trong vật

Kiến thức tham khảo về hiện tượng nhiễm điện do hướng ứng trong thuyết electron.

1. Thuyết electron là gì?

* Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố.

- Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương nằm ở trung tâm và các electron điện âm chuyển động xung quanh

- Hạt nhân gồm notron không mang điện và proton mang điện tích dương

- Electron có:

+ Điện tích -1,6.10^(-19) C.

+ Khối lượng: 9,1.10^(-31) kg.

- Prôtôn có:

+ Điện tích: +1,6.10^(-19) C.

+ Khối lượng: 1,67.10^(-27) kg.

- Nơtrôn không mang điện và có khối lượng gần bằng khối lượng prôtôn.

- Trong nguyên tử số prôtôn bằng số êlectron nên độ lớn của điện tích dương bằng độ lớn của điện tích âm => nguyên tử sẽ ở trạng thái trung hòa về điện.

- Điện tích của êlectron và điện tích của prôtôn là điện tích nhỏ nhất mà ta xét.

- Gọi chúng là những điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).

- Số prôtôn trong hạt nhân bằng số electron quay quanh hạt nhân nên bình thường thì nguyên tử trung hoà về điện.

- Điện tích nguyên tố

- Điện tích của electron và prôtôn là điện tích nhỏ nhất mà ta xét. Vì vậy ta gọi chúng là điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).

* Thuyết electron.

- Để giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện của các vật dựa vào sự có mặt và di chuyển electron được gọi là thuyết êlectron.

- Bình thường nguyên tử có sự trung hoà về điện, khi đó tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng không.

- Nếu nguyên tử đang trung hòa về điện mà bị mất đi một số electron thì tổng đại số các điện tích là một số dương, khi đó nguyên tử đó là một ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử nhận thêm một số electron thì nó là ion âm.

- Vật bị nhiễm điện do các electron bứt khỏi nguyên tử và di chuyển từ vật này sang vật khác. Nguyên nhân việc electron dễ dàng bứt khỏi nguyên tử vì khối lượng electron rất nhỏ nên chúng có độ linh động rất cao.

- Có thể hiểu vật nhiễm điện âm là vật thiếu electron; Vật nhiễm điện dương là vật thừa electron.

2. Vận dụng thuyết electron

a. Vật dẫn điện và vật cách điện

- Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.

- Vật dẫn điện là vật có chứa các điện tích tự do.

Ví dụ: Kim loại có chứa các electron tự do, các dung dịch axit, bazo, muối … có chứa các ion tự do. Chúng đều là các chất dẫn điện.

- Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do.

Ví dụ: Không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, nhựa, … Chúng đều là những chất cách điện.

b. Sự nhiễm điện do tiếp xúc và sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Sự nhiễm điện do tiếp xúc: hai điện tích tích điện khác nhau, một vật có điện tích q1, một vật có điện tích q2. Khi tiếp xúc với nhau, một số e sẽ di chuyển từ vật này sang vật kia cho đến khi cân bằng mật độ điện tích phân bố trên hai vật bằng nhau.

- Sự nhiễm điện do hưởng ứng: khi cho một quả cầu kim loại tích điện lại gần một vật dẫn thì đầu xa quả cầu nhiễm điện cùng dấu với quả cầu, đầu gần quả cầu thì nhiễm điện trái dấu.

Giải thích: Trong các vật dẫn, electron chuyển động hỗn loạn. Khi đưa một quả cầu nhiễm điện (giả sử nhiễm điện dương) lại gần nó sẽ xảy ra tương tác Cu-lông. Các electron sẽ bị hút về phía điện tích dương, dẫn đến một đầu của vật dẫn tập trung electron nên tích điện âm, đầu kia bị mất bớt electron nên tích điện dương.

3. Định luật bảo toàn điện tích

- Trong một hệ cô lập (nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) về điện thì tổng đại số điện tích trong hệ là một hằng số

Q1 + Q2 + .......= Q1'+ Q2'+ ........

Trong đó 

Q1; Q2  là điện tích trước tương tác

Q'1; Q'2  là điện tích sau tương tác

4. Bài tập

Câu 1. Hãy vận dụng thuyết electron để giải thích hiện tượng nhiễm điện dương của thanh thủy tinh khi cọ xát vào dạ, cho rằng trong hiện tượng này chỉ có electron có thể di chuyển từ vật nọ sang vật kia.

Đáp án

Khi đưa thanh thủy tinh cọ xát vào tâm dạ thì có những điểm tiếp xúc giữa thủy tinh và dạ.  Ở những điểm đó có một số electron từ thủy tinh di chuyển Sang dạ. Kết quả là thanh thủy tinh nhiễm điện dương, mảnh dạ nhiễm điện âm.

Câu 2. Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương.

Đáp án

Một quả cầu kim loại ở trạng thái trung hòa điện vẫn chứa các êlectron tự do. Khi cho quả cầu kim loại tiếp xúc với vật nhiễm điện dương, thì một số êlectron của quả cầu sẽ bị hút sang vật nhiễm điện dương làm cho quả cầu cũng bị nhiễm điện dương.

Câu 3. Xét cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Trong các nhận định sau, nhận định nào không đúng?

A. Proton mang điện tích là + 1,6.10-19 C.

B. Khối lượng notron xấp xỉ khối lượng proton.

C. Tổng số hạt proton và notron trong hạt nhân luôn bằng số electron quay xung quanh nguyên tử.

D. Điện tích của proton và điện tích của electron gọi là điện tích nguyên tố

Đáp án

– Trong một nguyên tử thì tổng số hạt proton = số electron.

– Chọn C.