Tài liệu: Nếu điện tích không phải là điểm

Tài liệu
Nếu điện tích không phải là điểm

Nội dung

NẾU ĐIỆN TÍCH KHÔNG PHẢI LÀ ĐIỂM

 

Nếu xét hai điện tích q1, q2 bất động thì điện tích thử q đến gần chúng sẽ bị hút hoặc bị đẩy với một lực bằng tổng hình học của các lực tác dụng từ phía mỗi điện tích riêng rẽ. Còn cường độ của trường là tổng các cường độ trường riêng rẽ, tức là . Đó gọi là nguyên xếp chồng, cho phép mô tả trường tạo bởi hệ điện tích bất kỳ. Tất nhiên khi có nhiều điện tích thì tính toán sẽ khó khăn.

Để khắc phục người ta dùng một định lý, đúng với các trường lực bất kỳ có cường độ giảm theo r-2. Người đưa ra định lý đó là nhà toán học, thiên văn và vật lý Đức Karl Friedrich Gauss (1777 - 1885). Thực chất định lý Gauss như sau: Nếu một số lượng tùy ý các điện tích được bao bọc bởi một mặt kín tưởng tượng S, thì thông lượng cường độ điện trường đi qua một yếu tố điện tích có thể viết là  với  là góc giữa pháp tuyến của mặt  với vectơ cường độ. Còn thông lượng toàn phần qua toàn thể bề mặt sẽ bằng tổng thông lượng do tất thảy mọi điện tích phân bố tùy ý bên trong nó gây ra và tỉ lệ với độ lớn của điện tích đó  với

Vì tương tác giữa các điện tích không cần phải xét đến nên việc tính toán trường sẽ giản đơn đi rất nhiều. Định lý Gauss cho phép tính toán trường cả khi có vô số điện tích. Thực ra điều ấy quan trọng chỉ trong trường hợp riêng có phân bố đối xứng của chúng, khi có thể chọn một bề mặt thích hợp, qua đó dễ dàng tính toán thông lượng cường độ. Điện tích thử đặt vào trong quả cầu dẫn tích điện không chịu một tác dụng lực nào, bởi vì cường độ trường ở đó bằng không.

Tính chất các vật dẫn đẩy điện trường ra khỏi nó đã được giải thích bởi sự hiện diện các điện tích tự do (trong kim loại thì đó là các điện tử), có khả năng đứng cân bằng chỉ khi E = 0. Người ta sử dụng tính chất đó để tạo ra vùng không gian nơi không có điện trường nào tác dụng: chỉ cần bao bọc nó bằng một lưới kim loại (lồng Faraday). Vậy là có thể bảo vệ các thiết bị nhậy hoặc con người khỏi tác dụng của điện trường ngoài. Chính Faraday khi trình diễn hiệu ứng đẩy điện trường của lồng kim loại đã đặt vào đó các sinh vật nhỏ. Điện tích rất mạnh đặt lên lồng chạy theo bề mặt ngoài nó không hề gây hề hấn gì cho một con vật thí nghiệm nào.

 

KHI NÀO NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG CÒN ĐÚNG

Việc khẳng định trường của một điện tích không ảnh hưởng gì đến trường của điện tích kia, là đúng nếu coi điện tích là một điểm, không có cấu trúc. Hai vật thực (có kích gây ảnh hưởng lên nhau khi làm phân cực lẫn nhau (gây ra dịch chuyển, phân bố lại các điện tích trong mỗi vật) và trường tổng hợp sẽ khác với tổng cộng các trường ban bầu:

Với  là các cường độ mới, khác cường độ trường của các vật đơn lẻ.

Vậy là nguyên lý xếp chồng chỉ đúng trong trường hợp các điện tích điểm hoặc khi chúng không có ảnh hưởng tương hỗ. Vì trong vật thể vật lý nguồn gốc điện trường là do điện tử có điện tích e = 1,6.10.-19C và hạt nhân có điện tích là bội số điện tích đó, dễ dàng tính toán được độ chuẩn xác của nguyên lý xếp chồng. Giả sử kích thước hạt nguồn cỡ ro=10-15m, cự li d ~10-9m thì độ chính xác của nguyên lý xếp chồng trong điện động lực học vĩ mô là

 

TRƯỜNG CỦA MẶT PHẲNG VÔ HẠN

Bây giờ ta tính toán cường độ điện trường của mặt phẳng tích điện đều (có điện tích q/S =  trên mỗi đơn vị diện tích - gọi là mật độ điện tích mặt). Một điện tích So của mặt này  (mang điện tích Q = ) được cắt tưởng tượng ra khỏi mặt phẳng bằng một hình trụ độ cao tùy ý sao cho mặt bên hình trụ ấy vuông góc với mặt phẳng và được mặt phẳng chia làm hai phần bằng nhau (xem hình vẽ). Có thể nhận ra những điều sau đây:

1.Cường độ trường tạo ra bởi mặt phẳng tại mỗi điểm là song song với mặt bên hình trụ. Khi quay mặt tích điện xung quanh đường thẳng bất kỳ vuông góc với nó thì sự phân bố không gian của điện tích không thay đổi, nghĩa là cường độ trường giữ nguyên không đổi (nó song song với trục quay). Thông lượng cường độ qua điện tích bất kỳ của mặt bên hình trụ là bằng không vì pháp tuyến mặt ấy luôn vuông góc với vectơ cường độ.

2. Tất cả các điểm đáy cách đều mặt phẳng xuất phát và cường độ E trong chúng là bằng nhau. Ta tính thông lượng cường độ  của mỗi đáy, nên cộng tác dụng của hai đáy là Φtoàn phần Theo định lý Gauss:

 tức là

            Như vậy ta thu được kết quả bất ngờ: cường độ điện trường của mặt phẳng tích điện rộng vô hạn là hằng số tại mọi điểm không gian dù cách xa nó đến đâu.

 




Nguồn: bachkhoatrithuc.vn/encyclopedia/1172-02-633398723950625000/Cac-co-so-tinh-dien-hoc/Neu-dien-tich-kho...


Chưa có phản hồi
Bạn vui lòng Đăng nhập để bình luận