Bài 17. Khái niệm điện trường

Trong bài này ta chỉ xét điện trường của các điện tích đứng yên.

Hãy chứng tỏ rằng vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ có:
+ Phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích.
+ Chiều cùng với chiều của lực điện khi $q>0$, ngược chiều với chiều của lực điện khi $q<0$.
+ Độ lớn của vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1C đặt tại điểm ta xét.

Trong cơn dông, thường xuất hiện những đám mây tích điện do các hạt nước trong đó nhiễm điện, chúng tạo ra những vùng điện trường mạnh quanh các đám mây này. Khi các đám mây tích điện trái dấu tới gần nhau có thể xảy ra hiện tượng phóng điện mà ta gọi là sét.

Trong thực tế, một quả cầu có điện tích phân bố đều trong toàn bộ thể tích hoặc phân bố đều trên mặt cầu thì điện trường bên ngoài quả cầu tương đương với điện trường của một điện tích điểm đặt tại tâm cầu và có điện tích bằng với điện tích của quả cầu. Ta thấy công thức $E=\frac{\mathrm{\mid }Q\mathrm{\mid }}{4\pi {ϵ}_0{r}^2}$ vẫn được vận dụng để tìm cường độ điện trường trong trường hợp này. Do đó trong các thí nghiệm đơn giản về điện trường người ta thường sử dụng các quả cầu tích điện để thuận tiện trong đo đạc, nghiên cứu và tính toán.
Thực nghiệm cho thấy, ngay sát bề mặt của Trái Đất luôn có một điện trường có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới và cường độ vào khoảng từ 100 V/m đến $200\mathrm{V}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{.}$ Các hạt bụi mịn lơ lửng trong không khí được phân loại dựa vào kích thước của chúng như pm1, pm2.5, pm10,... con số đứng sau chữ pm chỉ đường kính tối đa của hạt bụi tính theo đơn vị µm. Ví dụ pm2.5 là hạt bụi mịn có đường kính tối đa bằng $2,5\mu \mathrm{m}$ Những hạt bụi mịn này thường tích điện dương nên không thể bay lên cao và phân tán đi xa được và là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường ở các thành phố lớn.

■ Điện trường được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích.
■ Vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ tại một điểm được xác định bằng tỉ số giữa vectơ lực điện F tác dụng lên một điện tích q đặt tại điểm đó và giá trị của điện tích đó:
$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}$
■ Độ lớn của cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r có giá trị bằng:
$E=\frac{\mathrm{\mid }Q\mathrm{\mid }}{4\pi {ϵ}_0{r}^2}$
■ Khi cho một hoặc một số quả cầu tích điện vào trong một bể đầu đã trộn đều các hạt cách điện. Hệ các đường được tạo thành từ các hạt cách điện được gọi là điện phổ của điện tích hoặc hệ điện tích nói trên.
■ Công thức tính độ lớn cường độ điện trường của một điện tích điểm được vận dụng để tính cường độ điện trường của một hệ điện tích điểm hay tính cường độ điện trường của vật hình cầu tích điện đều.
■ Đường sức điện xuất phát ở điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

■ Xác định phương, chiều, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm bất kì trong điện trường.
■ Tính được độ lớn cường độ điện trường và mô tả được vectơ cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm trong không gian.
■ Vẽ được hệ các đường sức điện trong trường hợp một điện tích hoặc hệ hai điện tích.
■ Vận dụng công thức $E=\frac{\mathrm{\mid }Q\mathrm{\mid }}{4\pi {ϵ}_0{r}^2}$ để tính toán và mô tả điện trường của hệ nhiều điện tích, vật tích điện hình cầu,...
■ Dùng hình ảnh điện phổ để qua đó giải thích được ngay sát sát bề mặt của Trái Đất có điện trường theo phương thẳng đứng hướng từ trên xuống dưới.