Điện trường rất quan trọng đối với nhiều lĩnh vực và được khai thác thực tế trong công nghệ điện. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ một số kiến thức liên quan đến điện trường là gì? Vì vậy, trong bài viết sau đây, chúng tôi sẽ cùng các bạn làm rõ những thông tin về điện trường và năng lượng điện trường nhé!
Contents
Điện trường là gì?
Điện trường chính là một dạng vật chất bao quanh các điện tích. Điện trường sẽ tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó. Nơi nào có điện tích thì xung quanh các điện tích sẽ có lực điện trường.
Nói cách khác, điện trường là một trường điện được tạo ra bởi các đường lực điện bao quanh lấy điện tích. Điện trường là một đại lượng có hướng và được biểu diễn thông qua vectơ cường độ điện trường. Còn cường độ điện trường sẽ được biểu diễn bằng các đường sức điện.
Phương của vectơ cường độ điện trường trùng với phương tiếp tuyến của đường sức điện. Chiều của vectơ này trùng với chiều của đường sức điện trường. Mặt khác, tập hợp các đường sức điện trường được gọi là điện phổ.
Xét với quy mô nguyên tử thì điện trường là lực tương tác chính giữa hạt nhân và electron trong nguyên tử. Điện trường và từ trường đều là các dạng biểu hiện của lực điện từ – 1 trong 4 lực cơ bản của tự nhiên.
Cường độ điện trường là gì?
Cường độ điện trường tại một điểm được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại chính điểm đó. Đại lượng này được xác định bằng thương số giữa độ lớn của lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q (dương) tại điểm đó với độ lớn của q.
E = F/q
Đơn vị đo cường độ điện trường là Vôn trên mét, ký hiệu là V/m.
Cường độ điện trường tại 1 điện tích điểm được tính theo công thức là:
Trong đó:
- E là ký hiệu của cường độ điện trường, đơn vị là V/m.
- k = 9.10^9 (N.m²/C²).
- q là độ lớn của điện tích.
- ε là ký hiệu của hằng số điện môi trong môi trường.
- r là khoảng cách tính từ điện tích tới điểm ta xét.
Vectơ cường độ điện trường
Do lực F là đại lượng có dạng vectơ, còn điện tích q là đại lượng không có hướng. Chính vì vậy, cường độ điện trường E cũng là một đại lượng vectơ. Ta biểu diễn cường độ điện trường bằng với phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q (dương).
với phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q (dương).Nguyên lý chồng chất điện trường
Giả sử: Tại điểm M có 2 điện tích điểm Q1 và Q2 gây ra 2 vectơ cường độ điện trường là 1 và 2.
Nguyên lý chồng chất điện trường được phát biểu cụ thể như sau: Các điện trường 1 và 2 cùng tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập. Cường độ điện trường tại 1 điểm sẽ bằng tổng của 1 và 2. Biểu thức:
= 1 + 2
Các vectơ cường độ điện trường tại 1 điểm được tổng hợp dựa trên quy tắc hình bình hành.
🔸 Công suất tỏa nhiệt – Cách tính công suất tỏa nhiệt
Điện năng là gì? Chất lượng và hiệu suất sử dụng điện
Đường sức điện
Qua các thí nghiệm, người ta khẳng định được rằng: Các hạt nhỏ bị nhiễm điện và nằm dọc theo phương của lực điện. Tập hợp các hạt nhỏ này nằm dọc theo đường có tiếp tuyến tại mỗi điểm nằm theo phương của vectơ cường độ điện trường tại đó. Mỗi đường có đặc điểm như trên sẽ được gọi là một đường sức điện. Cụ thể:
Định nghĩa đường sức điện
Đường sức điện là đường có tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với giá của vectơ cường độ điện trường tại chính điểm đó. Thêm một cách diễn giải khác, đó là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.
Một số đặc điểm của đường sức điện
- Mỗi điểm trong điện trường chỉ có một và chỉ 1 đường sức điện đi qua.
- Đường sức điện cũng là những đường có hướng. Tại 1 điểm, hướng của đường sức điện là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.
- Điện trường tĩnh điện có đường sức điện là đường không khép kín. Đường này sẽ đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.
- Đường sức từ vô cùng dày đặc, nhưng người ta chỉ vẽ một vài đường dựa trên quy tắc: Số đường sức từ đi qua một điện tích đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm ta xét sẽ tỷ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.
Điện trường đều là gì?
Điện trường đều có vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn. Khi đó, đường sức điện sẽ là những đường thẳng song song và cách đều.
Điện trường xét trong một điện môi đồng chất ở giữa 2 bản kim loại phẳng, đặt song song với nhau và có điện tích bằng nhau, nhưng trái dấu là một điện trường đều.
Năng lượng điện trường là gì?
Khi tụ điện được tích điện thì 2 bản cực của tụ tích điện trái dấu. Vì thế, nó tạo ra một điện trường hướng từ bản dương sang bản âm của tụ. Điện trường này có thể sinh ra năng lượng (cụ thể là thế năng) nên nó được gọi là năng lượng điện trường của tụ điện. Như vậy, năng lượng điện trường cũng chính là năng lượng của tụ điện.
Công thức tính năng lượng điện trường là:
W = ½.C.U² = ½.Q.U = ½.Q²/C
Trong đó:
- W là năng lượng điện trường.
- Q là điện tích (C).
- U là hiệu điện thế (V).
- C là điện dung của tụ điện (mF hoặc F).
Như vậy, bài viết trên đã giúp bạn hiểu thêm về điện trường là gì rồi đúng không? Trên thực tế, điện trường là khái niệm được khai thác khá nhiều trong công nghệ điện. Để tìm hiểu thêm nhiều kiến thức mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau, các bạn có thể theo dõi và thường xuyên truy cập kienthucmaymoc.com nhé!
