Bài 4: Công của lực điện

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Công của lực điện

1.1.1. Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

  • Biểu thức: \(\overrightarrow F = q.\overrightarrow E \)
  • Độ lớn: F=q.E
  • Phương, chiều của véc tơ \(\overrightarrow E \).
  • Nhận xét: Lực \(\overrightarrow F\) là lực không đổi

1.1.2. Công của lực điện trong điện trường đều

\({A_{MN}} = {\rm{ }}q.Ed\)

  • Với d là hình chiếu đường đi trên một đường sức điện. Chiều đường sức điện là chiều dương.
  • Các trường hợp đặc biệt:
    • Nếu \(\alpha < {90^o}\) thì \(\cos \alpha > 0,\,d > 0 \Rightarrow A > 0\) khi hình chiếu cùng chiều đường sức.
    • Nếu \(\alpha > {90^o}\)thì \(\cos \alpha < 0,\,d < 0 \Rightarrow A < 0\) khi hình chiếu ngược chiều đường sức.
  • Tổng quát: Công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là \({A_{MN}} = {\rm{ }}q.Ed\), không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

1.1.3. Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì

  • Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi.
  • Lực tĩnh điện là lực thế, trường tĩnh điện là trường thế.

1.2. Thế năng của một điện tích trong điện trường

1.2.1. Khái niệm về thế năng của một điện tích trong điện trường

  • Thế năng của điện tích đặt tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích tại điểm đó.

1.2.2. Sự phụ thuộc của thế năng WM vào điện tích q

  • Thế năng của một điện tích điểm q đặt tại điểm M trong điện trường :

\({W_M} = {\rm{ }}{A_M}_\infty = {\rm{ }}q{V_M}\)

  • Thế năng này tỉ lệ thuận với q.

1.2.3. Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường

\({A_{MN}} = {\rm{ }}{W_M} – {\rm{ }}{W_N}\)

  • Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện trường tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường

Bài tập minh họa



Bài 1:

Một electron di chuyển được đoạn đường 1 cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của một lực điện trong một điện trường đều có cường độ điện trường 1000 V/m. Tính công của lực điện trong trường hợp trên.

Hướng dẫn giải:

  • Dưới tác dụng của lực điện êlectron di chuyển ngược chiều điện trường (tức ngược chiều đường sức điện)
  • Ta có: \(A{\rm{ }} = {\rm{ }}{q_e}.E.d.cos\alpha \)
  • Với \(\alpha \) = góc \(\left( {\overrightarrow E ,\overrightarrow d } \right) = {180^o}\)

\(\begin{array}{l}
= 1,{6.10^{ – 19}}.1000.0,01.\cos {180^o}\\
= 1,{6.10^{ – 18}}J
\end{array}\)

Bài 2:

Một electron được thả không vận tốc ban đầu ở sát bàn âm, trong điện trường đều ở giữa hai bàn kim loại phẳng, điện tích trái dấu. Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Tính động năng của electron khi nó đến đập vào bản dương.

Hướng dẫn giải:

  • Ta có:
    • Electron bị bản âm đẩy và bản dương hút nên bay từ bản âm về bản dương và lực điện sinh công dương.
    • Điện trường giữa hai bản là điện trường đều E = 1000 V/m. Công của lực điện bằng độ tăng động năng của electron :

\({W_d}-{\rm{ }}0{\rm{ }} = {\rm{ }}q{E_{d}} = {\rm{ }} – 1,{6.10^{ – 19}}.1000.( – {1.10^{ – 2}})\)

\({W_d} = {\rm{ }}1,{6.10^{ – 18}}J.\)

  • Động năng của electron khi nó đập đến bản dương là \({W_d} = {\rm{ }}1,{6.10^{ – 18}}J.\)