Bài giảng điện học phần 2 điện tích, điện tính và từ tính

Bài giảng Điện học - Phần 2: Điện tích, điện tính từ tính 1.2 Điện tích, điện tính từ tính Điện tích “Điện tích” thuật ngữ chuyên môn dùng biết vật làm nhiễm để tham gia vào tương tác điện Cần phân biệt với cách sử dụng phổ biến, thuật ngữ sử dụng bừa bải để tính chất điện Chẳng hạn, nói cách thông tục “điện tích” pin, bạn dễ dàng xác minh pin điện tích ý nghĩa chuyên môn, tức không tác dụng lực điện lên miếng băng bị làm cho nhiễm điện mô tả phần trước Hai loại điện tích Chúng ta dễ dàng thu thập hàng loạt liệu lực điện chất khác làm cho tích điện theo cách khác Ví dụ, lấy lông mèo nhiễm điện cách cọ xát lên lông thỏ hút thủy tinh chà xát lên lụa Vậy hiểu tất thông tin ? Chúng ta thu đơn giản hóa lớn cách lưu ý thực tế có hai loại điện tích Giả sử chọn lông mèo cọ xát lên lông thỏ đại diện loại A, thủy tinh cọ lên lụa đại diện cho loại B Bây thấy “loại C” Bất kì vật làm cho nhiễm điện phương pháp thuộc loại A, hút vật mà A hút đẩy vật mà A đẩy, thuộc loại B, có tính chất hút đẩy B Hai loại, A B, luôn biểu tương tác ngược Nếu A biểu lực hút số vật tích điện, B chắn đẩy xa, ngược lại Đơn vị coulomb Mặc dù có hai loại điện tích, loại biểu lượng điện khác Đơn vị hệ mét điện tích coulomb, định nghĩa sau: Một coulomb (C) lượng điện tích cho lực 9,0 109 N xuất hai chất điểm có điện tích C nằm cách m Kí hiệu cho lượng điện tích q Hệ số định nghĩa có nguồn gốc lịch sử, học thuộc lòng xác Định nghĩa phát biểu cho chất điểm, tức vật nhỏ, không phần khác chúng cách khoảng khác Mô hình hai loại hạt mang điện Thí nghiệm cho thấy phương pháp cọ xát phương pháp khác làm tích điện cho vật gồm hai vật, hai cuối tích điện Nếu vật cần lượng định loại điện tích, vật có lượng tương đương loại điện tích Có thể có nhiều cách hiểu khác điều này, cách đơn giản viên gạch cấu trúc vật chất có hai vị, vị ứng với loại điện tích Việc cọ xát vật lên làm di chuyển số hạt từ vật sang vật Theo mô hình này, vật chưa bị làm cho nhiễm điện thật có lượng lớn hai loại điện tích, số lượng chúng chúng phân bố bên vật Vì loại A đẩy thứ mà loại B hút, ngược lại, nên vật tác dụng lực tổng hợp không lên vật khác Phần lại chương làm sáng tỏ mô hình bàn xem hạt bí ẩn hiểu với ý nghĩa phần cấu trúc nội nguyên tử Sử dụng kí hiệu điện tích dương âm Vì hai loại điện tích có xu hướng triệt tiêu lực lẫn nhau, nên người ta gán nhãn cho chúng kí hiệu dương âm, nói điện tích toàn phần vật Việc gọi điện tích dương, điện tích âm, hoàn toàn độc đoán Benjamin Franklin định mô tả loại thứ mà gọi “A” âm, thật vấn đề ai gọi Một vật có điện tích toàn phần không (lượng điện tích thuộc hai loại nhau) gọi trung hòa điện ¤ Hãy bình luận phát biểu sau: “Có hai loại điện tích, hút đẩy” Định luật Coulomb Một đối tượng lớn quan sát thực nghiệm tóm tắt sau: Định luật Coulomb: Cường độ lực tác dụng hai điện tích điểm cách khoảng rcho phương trình k = 9,0 109 N.m 2/C2 Lực lực hút điện tích khác dấu, lực đẩy chúng dấu Những kĩ thuật đại tài tình cho phép dạng 1/r2 định luật Coulomb kiểm tra đến độ xác tin nổi, cho thấy số mũ nằm khoảng từ 1,99999999999999998 đến 2,0000000000000002 Lưu ý định luật Coulomb giống với định luật hấp dẫn Newton, độ lớn lực làGm1m2/r2, ngoại trừ có loại khối lượng, hai, lực hấp dẫn không lực đẩy Do tương tự gần gũi hai loại lực, nên sử dụng lại nhiều hiểu biết lực hấp dẫn Chẳng hạn, có tương đương điện định lí lớp vỏ: lực điện tác dụng bên vỏ cầu tích điện có độ lớn thể toàn điện tích tập trung tâm nó, lực tác dụng vào bên không Bảo toàn điện tích Một lí cho việc sử dụng kí hiệu dương âm cho điện tích thí nghiệm cho thấy điện tích bảo toàn theo định nghĩa này: hệ cô lập nào, tổng lượng điện tích số Đây lí thấy việc cọ xát chất ban đầu không tích điện lên luôn có kết chất có lượng định loại điện tích, chất cần lượng tương đương điện tích Bảo toàn điện tích trông tự nhiên mô hình vật chất cấu thành từ hạt dương âm Nếu điện tích hạt tính chất cố định loại hạt đó, hạt tự sinh phá hủy, bảo toàn điện tích điều tránh Lực điện với vật trung hòa Như rõ hình b, vật tích điện hút vật không tích điện Làm điều xảy ? Vấn đề mấu chốt chỗ miếng giấy có tổng điện tích không, có số hạt mang điện bên có mức độ tự chuyển động Giả sử miếng băng tích điện dương, c Các hạt di động miếng giấy phản ứng với lực miếng băng, làm cho đầu miếng giấy trở nên tích điện âm đầu trở nên dương Lực hút giấy băng mạnh lực đẩy, đầu tích điện âm gần miếng băng ¤ Điều xảy miếng băng tích điện âm ? Lối phía trước Chúng ta bắt đầu làm việc với hành vi điện phức tạp mà chưa nhận thấy xuất rành rành trước mắt Không giống ròng rọc, puli, mặt phẳng nghiêng học, diễn viên sân khấu điện từ học tượng không nhìn thấy xa lạ với kinh nghiệm hàng ngày Vì lí nên nửa thứ hai chương trình vật lí học bạn khác hoàn toàn, tập trung nhiều vào thí nghiệm kĩ thuật Mặc dù bạn không thật nhìn thấy điện tích chuyển động qua sợi dây, bạn học cách sử dụng máy đo ampe để đo dòng chuyển động Sinh viên có xu hướng bị gây ấn tượng từ học kì vật lí họ môn khoa học chết người Không phải ! Chúng ta lần theo vết tích lịch sử dẫn trực tiếp đến nghiên cứu vật lí mũi nhọn mà bạn đọc thấy báo chí Những thí nghiệm nguyên tử xuất sắc bắt đầu vào khoảng năm 1900, mà nghiên cứu chương này, không khác với thí nghiệm năm 2000 – có điều nhỏ hơn, đơn giản hơn, rẻ tiền nhiều Lực từ Nghiên cứu toán học chi tiết từ học không xuất phần cuối sách này, cần phát triển vài khái niệm đơn giản từ học lực từ thường sử dụng thí nghiệm kĩ thuật mà nói tới Các nam châm thông dụng hàng ngày nói chung có hai loại Nam châm vĩnh cửu, ví dụ loại nằm tủ lạnh nhà bạn, cấu tạo từ sắt chất giống thép có chứa nguyên tử sắt (Những chất khác định có từ tính, sắt rẻ thông dụng nhất) Loại nam châm kia, ví dụ loại làm cho loa máy hát bạn rung động, gồm cuộn dây có dòng điện chạy Cả hai loại nam châm có khả hút sắt chưa nhiễm từ, chẳng hạn cánh cửa tủ lạnh Một cách xem xét khiến cho tượng trông phức tạp trở nên dễ hiểu nhiều : lực từ tương tác điện tích chuyển động, xuất với lực điện Giả sử nam châm vĩnh cửu mang tới gần nam châm loại cuộn dây Cuộn dây có điện tích chuyển động bên buộc điện tích chạy thành dòng Nam châm vĩnh cửu có điện tích chuyển động bên nó, trường hợp điện tích xoáy tròn tự nhiên bên sắt (Cái làm cho mẫu sắt bị từ hóa khác với khối gỗ chỗ chuyển động điện tích bên gỗ ngẫu nhiên tổ chức) Các điện tích chuyển động cuộn dây nam châm tác dụng lực lên điện tích chuyển động nam châm vĩnh cửu, ngược lại Cơ sở toán học từ học phức tạp nhiều so với định luật Coulomb điện học, lí phải chờ sang chương nghiên cứu sâu chúng Hai sở đơn giản trình bày bây giờ: (1) Nếu hạt mang điện chuyển động vùng không gian gần hạt mang điện khác chuyển động, lực từ tác dụng lên tỉ lệ với vận tốc (2) Lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động luôn vuông góc với hướng hạt chuyển động Ví dụ La bàn từ Trái Đất có nhân nóng chảy bên trong, giống bình nước sôi, khuấy động sóng Để đơn giản hóa, điện tích theo chuyển động khuấy tròn, nên Trái Đất chứa điện tích chuyển động Kim nam châm la bàn từ nam châm vĩnh cửu nhỏ Điện tích chuyển động bên Trái Đất tương tác từ với điện tích chuyển động bên kim la bàn, làm cho kim la bàn xoay tròn hướng bắc Ví dụ Ống phóng điện tử hình ảnh ti vi vẽ chùm electron bắn từ phía sau ống phóng phía trước Chùm hạt quét qua toàn mặt ống giống người đọc xem lướt qua trang sách Lực từ sử dụng để lái chùm hạt Khi chùm hạt từ phía sau phía trước ống, cần có lực theo hướng trên-dưới, trái- phải để lái chúng Nhưng sử dụng lực từ để làm tăng tốc chùm hạt, chúng đẩy vuông góc với hướng chuyển động electron, không chiều với chúng Câu hỏi thảo luận A Nếu lực hút điện hai chất điểm nằm cách 1m x 109 N suy điện tích chúng + C – C ? Chúng ta cần phải có thêm quan sát để chứng minh điều ? B Một miếng băng tích điện hút dính vào tay bạn Điều có cho phép nói hạt mang đỉện tự bên tay bạn dương hay âm, hai, hay không ? Bài giảng Điện học - Phần 1: Điện nguyên tử Chương ĐIỆN VÀ NGUYÊN TỬ Nơi kết thúc kính thiên văn nơi bắt đầu kính hiển vi Trong hai tầm nhìn vĩ mô vi mô này, quan trọng ? Victor Hugo Cha ông qua đời mẹ ông thai nghén Cậu trai bị mẹ hắt hủi nên ông bị tống khứ đến trường nội trú mẹ ông tái giá Bản thân ông chưa lấy vợ, tuổi trung niên, ông có quan hệ gần gũi với người phụ nữ trẻ tuổi nhiều, mối quan hệ chấm dứt ông đột phát chứng thần kinh Sau thành công khoa học buổi đầu, ông sống phần lớn quãng đời lại thất vọng bất lực không giải mã bí mật thuật giả kim Con người mô tả Isaac Newton, Newton hoan hỉ sách giáo khoa tiểu sử thông thường Vậy ta lại ý đến mặt buồn bã đời ông ? Đối với nhà giáo dục khoa học đại, nỗi ám ảnh lâu dài Newton với thuật giả kim xem bối rối, xao lãng khỏi thành tựu chủ yếu ông sáng lập học đại Tuy nhiên, Newton, việc nghiên cứu thuật giả kim ông có liên quan tự nhiên với nghiên cứu ông lực chuyển động Gốc rễ phép phân tích chuyển động Newton tính phổ quát nó: thành công việc mô tả giới trời đất với phương trình đó, trước người ta cho mặt trời, mặt trăng, hành tinh khác biệt so với vật thể thuộc trái đất Nhưng Newton nhận thấy khoa học mô tả giới tự nhiên theo cách thống nhất, không đủ khả thống quy mô người với quy mô vũ trụ: ông không hài lòng ông hợp vũ trụ vi mô vào tranh Chúng ta ngạc nhiên trước thất bại Newton Mặc dù ông tín đồ chắn tồn nguyên tử, thêm chứng thực nghiệm cho tồn chúng kể từ người Hi Lạp cổ đại lần thừa nhận chúng sở túy triết học Thuật giả kim làm việc dốc sức truyền thống bí mật thần bí Newton chuyển hóa lĩnh vực “triết học tự nhiên” thành mà công nhận khoa học vật lí đại, thật không công phê bình ông thất bại việc biến thuật giả kim thành ngành hóa học đại Thời gian lúc chưa chín muồi Kính hiển vi phát minh mới, khoa học mũi nhọn người đương thời Newton Hooke khám phá thể sống cấu tạo nên tế bào 1.1 Cuộc truy tìm lực nguyên tử Newton nhà khoa học Ông thầy phù thủy cuối John Maynard Keynes Tuy nhiên, cần phải nắm bắt chuỗi tư tưởng Newton xét nơi đưa đến với thuận lợi nhận thức khoa học đại Trong việc thống quy mô người vũ trụ tồn tại, ông hình dung lại hai sân khấu diễn viên (cây cối nhà cửa, hành tinh sao) tương tác qua lực hút lực đẩy Ông bị thuyết phục đối tượng ngự trị giới vi mô nguyên tử, vấn đề lại xác định xem chúng tác dụng lên loại lực Sự sáng suốt ông không bật so với bất lực ông mang đến đơm hoa kết trái Ông nhận thấy nhiều lực quy mô người – lực ma sát, lực nhớt, lực thông thường giữ vật chiếm giữ không gian, vân vân – phải đơn giản biểu loại lực tác dụng nguyên tử Băng dính vào giấy nguyên tử băng hút nguyên tử giấy Nhà không đổ sập xuống tâm trái đấtvì nguyên tử đẩy nguyên tử bùn đất nằm Ở ông bị sa lầy Thật cám dỗ nghĩ lực nguyên tử hình thức hấp dẫn, loại lực ông biết phổ quát, đơn giản mặt toán học Tuy nhiên, hấp dẫn luôn lực hút, nên sử dụng để giải thích tồn lực nguyên tử đẩy lẫn hút ? Lực hấp dẫn vật có kích thước bình thường nhỏ, lí chưa ý tới xe cộ nhà cửa hút mặt hấp dẫn Thật khó hiểu hấp dẫn gây thứ mãnh liệt nhịp đập tim hay nổ thuốc súng Newton tiếp tục viết lách hàng triệu từ ghi chép thuật giả kim đầy luận số lực khác, có lẽ “lực thần thánh” hay “lực sinh dưỡng” ví dụ lực mang tinh dịch đến trứng B ốn miếng băng làm cho nhiễm điện, Tùy thuộc vào loại kết hợp chọn để kiểm tra, lực tương tác lực hút, 2, lực đẩy, Thật may mắn, ngày có đủ kiến thức để nghiên cứu mối hoài nghi khác với tư cách ứng cử viên cho lực nguyên tử: lực điện Lực điện thường thấy vật chuẩn bị cách cọ xát (hay tương tác bề mặt khác), chẳng hạn quần áo chà xát lên máy sấy Một ví dụ hữu ích rõ hình a/ 1: dán hai miếng băng lên mặt bàn, sau đặt thêm hai miếng lên chúng Kéo cặp lên khỏi bàn, tách chúng Hai miếng phía đẩy nhau, a/2, hai miếng Tuy nhiên, miếng phía hút miếng phía trên, a/3 Lực điện có số điểm tương tự lực hấp dẫn, loại lực khác mà biết lực bản: Lực điện phổ biến Mặc dù số chất, ví dụ lông thú, cao su, chất dẻo, phản ứng với nhiễm điện mạnh chất khác, vật chất tham gia vào lực điện mức độ Không có chất chất “phi điện” Vật chất vốn có tính hấp dẫn lẫn tính điện Thí nghiệm cho thấy lực điện, giống lực hấp dẫn, lực tỉ lệ nghịch với bình phương Nghĩa là, lực điện hai cầu tỉ lệ với 1/r2, r khoảng cách tâm-nối-tâm chúng Ngoài ra, lực điện có ý nghĩa lực hấp dẫn phương diện ứng cử viên cho lực nguyên tử, thấy chúng hút đẩy [...]... sự nhiễm điện mạnh hơn những chất khác, nhưng mọi vật chất đều tham gia vào lực điện ở một mức độ nào đó Không có chất nào là chất “phi điện Vật chất vốn có tính hấp dẫn lẫn tính điện Thí nghiệm cho thấy lực điện, giống như lực hấp dẫn, là lực tỉ lệ nghịch với bình phương Nghĩa là, lực điện giữa hai quả cầu tỉ lệ với 1/r2, trong đó r là khoảng cách tâm-nối-tâm giữa chúng Ngoài ra, lực điện còn có... bàn, và sau đó đặt thêm hai miếng nữa lên trên chúng Kéo mỗi cặp lên khỏi bàn, và rồi tách chúng ra Hai miếng phía trên sẽ đẩy nhau, a /2, hai miếng dưới cũng vậy Tuy nhiên, một miếng phía dưới sẽ hút một miếng phía trên, a/3 Lực điện như thế này có một số điểm tương tự như lực hấp dẫn, loại lực khác mà chúng ta biết là lực cơ bản: Lực điện là phổ biến Mặc dù một số chất, ví dụ như lông thú, cao su, và. ..B ốn miếng băng được làm cho nhiễm điện, 1 Tùy thuộc vào loại kết hợp chọn để kiểm tra, lực tương tác có thể là lực hút, 2, hoặc lực đẩy, 3 Thật may mắn, ngày nay chúng ta có đủ kiến thức để nghiên cứu một mối hoài nghi khác với tư cách là ứng cử viên cho lực nguyên tử: đó là lực điện Lực điện thường thấy giữa các vật chuẩn bị bằng cách cọ xát (hay những tương ... phép nói hạt mang đỉện tự bên tay bạn dương hay âm, hai, hay không ? Bài giảng Điện học - Phần 1: Điện nguyên tử Chương ĐIỆN VÀ NGUYÊN TỬ Nơi kết thúc kính thiên văn nơi bắt đầu kính hiển vi Trong... phản ứng với nhiễm điện mạnh chất khác, vật chất tham gia vào lực điện mức độ Không có chất chất “phi điện Vật chất vốn có tính hấp dẫn lẫn tính điện Thí nghiệm cho thấy lực điện, giống lực hấp... chất có lượng định loại điện tích, chất cần lượng tương đương điện tích Bảo toàn điện tích trông tự nhiên mô hình vật chất cấu thành từ hạt dương âm Nếu điện tích hạt tính chất cố định loại hạt