Nếu các điện tích tập trung đủ lớn thì các lực tác dụng của các điện tích ở thanh kim loại, ở hai phía của quả cầu lên mỗi electron tự do còn lại trong quả cầu sẽ cân bằng nhau và sẽ khô[r]
(1)TÌM HIỂU VỀ ĐIỆN TÍCH (2) I ĐIỆN TÍCH Khái niệm điện tích Từ thời cổ đại, người đã biết đến điện ma sát Nhiều nhà lịch sử đó nhà triết học Hy lạp Thalet lần đầu tiên mô tả tượng cọ xát hổ phách vào miếng da thì nó có thể hút các vật nhẹ mà không cần phải tiếp xúc với các vật Không phải có hổ phách có tính chất Nếu cọ xát cái lược thông thường đưa lại gần mẫu giấy nhỏ thì mẫu giấy đó bị hút Năm 1600, bác sĩ người Anh Gilbert đặt sở cho việc nghiên cứu các tượng tĩnh điện Ông nhận thấy khác các tác dụng điện và từ và đưa thuật ngữ điện Gilbert đó gọi lực hút vật đó bị cọ xát là điện lực Sau đó, Benjamin Franklin đưa khái niệm điện tích dương và điện tích âm Franklin gọi điện tích thủy tinh cọ xát với lụa là điện tích dương Nhưng kỉ sau thí nghiệm Gilbert, tri thức điện không tiến thêm bước nào Khả thực nghiệm kỉ XVII cho phép tạo điện tích nhỏ tồn thời gian ngắn, và vật tích điện có khả hút vật nhỏ giấy vụn, lông chim William Gilbert (1540 – 1603) Đầu kỉ XVIII, điện ma sát lại nhiều người quan tâm, vì đã có dụng cụ cho phép tạo điện ma sát khá mạnh, đủ để phóng tia điện và làm cho bắp người co giật Đến kỉ XVIII, thí nghiệm tiếng mình, Benjamin Franklin chứng minh “điện thiên nhiên” phóng từ đám mây (tia chớp, sét) và “điện nhân tạo” sinh ma sát có cùng chất và tượng Những tượng đó là biểu lượng lớn điện tích chứa các vật Vật chứa điện tích hay vật tích điện, vật mang điện gọi là vật nhiễm điện Thuật ngữ điện tích dùng Benjamin Franklin để vật mang điện, hạt mang điện “lượng điện” vật (1706 – 1790) Điện tích là khái niệm mà học sinh tiếp xúc đầu tiên nghiên cứu (3) các tượng điện Điện tích là đại lượng vô hướng, là thuộc tính không thể tách rời hạt vật chất và tồn dạng các hạt sơ cấp mang điện (có hạt sơ cấp không mang điện) không thể có điện tích không gắn liền với hạt sơ cấp cho nên phát biểu điện tích ngoài hạt là không có nghĩa Người ta thấy hạt sơ cấp mang điện thì không có cách nào làm cho nó điện tích Khi vật mang điện, thì điện tích q nó là số nguyên lần điện tích nguyên tố (elementary) có độ lớn e = 1,6.10 -19C nghĩa là q= ne (n= 1, 2, 3 ) Khi đại lượng vật lý nào đó nhận các giá trị gián đoạn mà không phải có giá trị nào, ta nói đại lượng đó bị lượng tử hóa Như vậy, điện tích là đại lượng vật lý bổ sung vào các đại lượng bị lượng tử hóa lượng, momen xung lượng Trong năm gần đây nhiều công trình nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ khả tồn hạt nhỏ các hạt sơ cấp đã biết gọi là hạt quác (quark) Mặc dầu chưa phát quác tồn trạng thái tự do, có nhiều sở vững để tin chúng thật tồn mang điện tích nhỏ điện tích nguyên tố (bằng 1/3 2/3 điện tích nguyên tố) Nếu thì khái niệm điện tích nguyên tố phải xây dựng lại Tuy nhiên, chương trình vật lí phổ thông tại, chúng ta dựa vào quan niệm chung từ trước đến Sự có mặt điện tích các hạt làm cho các vật hay các hạt mang điện tương tác với theo định luật Culông Vì biết định luật này ta có thể phương pháp đo điện tích Định luật Culông xác định tương tác hai điện tích đứng yên và là định luật rút từ thực nghiệm Điện tích là đại lượng vô hướng, đặc trưng cho tính chất vật hay hạt mặt tương tác điện và gắn liền với hạt hay vật đó Sử dụng thuật ngữ “có điện tích ” vô nghĩa nói “có khối lượng ” chúng ta nên hiểu đó là cách nói tắt Thực phải phát biểu "một vật có điện tích ” "một vật có khối lượng ” Khi nói tích điện cho vật, phải hiểu là đã làm cho vật đó có tính chất và vật đó thu hay số hạt điện tích, đó khối lượng vật tăng lên hay giảm Lực tương tác các điện tích a Vài nét lịch sử Để nghiên cứu điện mặt định lượng, Franklin đã làm thí nghiệm tích điện cho cái bình sắt Ông quan sát thấy bên cái bình đó, các vật thử không phát tương tác nào, nghĩa là bên bình không có điện tích mặc dù bình đã tích điện (4) Prixli đã đánh giá đúng tầm quan trọng thí nghiệm đó Năm 1767, với các phép tính lí thuyết, ông chứng tỏ lực điện tỉ lệ nghịch với n r (r là khoảng cách các điện tích) thì trường hợp r = các điện tích dàn hết ngoài vật dẫn thí nghiệm Franklin Năm 1771, Henry Cavendish đã làm thí nghiệm để xác định giá trị cụ thể n Ông đặt cầu thứ vào cầu thứ hai rỗng và nối hai cầu với dây dẫn điện Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) Sau đó nhiễm điện cho cầu rỗng, Cavendish nhận thấy điện tích không truyền vào cầu bên mà phân bố mặt ngoài cầu rỗng Dựa vào cấp chính xác dụng cụ đo thí nghiệm mình, Cavendish đã kết luận n=2± , 05 Những thí nghiệm và lập luận đó đã mở đường dẫn tới định luật định tính các tượng điện Nhưng muốn khẳng định các định luật đó cách chắn cần thực phép đo chính xác các lực điện b Lực tương tác các điện tích điểm không khí–Định luật Coulomb (Cu-lông) Không thể tìm định luật tổng quát cho tương tác hai vật mang điện bất kỳ, vì lực này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đó có hình dạng, vị trí tương đối hai vật và môi trường bao quanh các vật Ta có thể tìm định luật tổng quát cho lực tương tác các điện tích điểm Năm 1785, Charles Augustin de Coulomb (nhà vật lí người Pháp), thực nghiệm đã tìm định luật tương tác lực hai điện tích điểm đứng yên Coulomb dùng thực nghiệm cân xoắn, gồm hai cầu nhỏ kim loại A và B A là cầu cố định gắn đầu thẳng đứng B là cầu linh động gắn đầu nằm ngang Đầu có đối trọng A và B tích điện cùng dấu Thanh nằm ngang treo sợi dây kim loại mảnh có số xoắn đã biết Khi hai cầu đẩy thì nó làm cho ngang quay Khi mômen lực đẩy tĩnh điện cân với mômen xoắn dây treo thì (5) ngừng quay Biết góc quay và chiều dài ngang ta tính lực đẩy tĩnh điện hai cầu A và B Dựa vào thí nghiệm trên, Coulomb thấy lực tương tác hai điện tích có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích Lực đẩy hai điện tích cùng dấu, là lực hút hai điện tích trái dấu Với cân xoắn, Coulomb đã thực nhiều phép đo khác giữ các điện tích cùng dấu không đổi Ông cho khoảng cách chúng thay đổi theo tỉ lệ 36 : 18 : 8,5 thì lực đẩy chúng thay đổi theo tỉ lệ 36 : 144 : 575, tức là lực đẩy gần đúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Coulomb đã giải thích có sai số là tiến hành thí nghiệm, phần điện tích đã bị rò Sau đó Coulomb tiến hành đo lực hút Phép đo này khó nhiều vì cho hai hòn bi nhỏ tích điện, khó ngăn cho chúng khỏi chạm Nhưng sau nhiều lần thí nghiệm, ông đã đến kết là lực hút các điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng F~ r2 Để biết lực tác dụng phụ thuộc vào độ lớn các điện tích nào cần so sánh các điện tích Lấy vật A và vật B có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng Truyền cho vật A điện tích q0 và truyền cho vật B các điện tích q q2 Giữ khoảng cách A và B không đổi Gọi F1 là lực tác dụng A và B điện tích tương ứng chúng là q0 và q1 F2 là lực tác dụng A và B điện tích tương ứng chúng là q0 và q2 Thí nghiệm chứng tỏ tỉ số F1 F2 không phụ thuộc vào q0 và r, tỉ số xác định chính q1 và q2 F1 Ta có thể đặt tỉ lực F tỉ số điện tích F q1 = F q2 Kết trên đây cho thấy lực tác dụng hai điện tích A và B tỉ lệ với độ lớn các điện tích Vì lực tương tác tĩnh điện hai điện tích điểm tuân theo định luật Newton Vậy suy lực tương tác tỉ lệ với độ lớn điện tích, đó tỉ lệ với tích độ lớn các điện tích A và B F ~|q q 2| Từ hai kết trên ta có định luật sau gọi là định luật Coulomb (6) Phát biểu Lực hút hay đẩy hai điện tích điểm đặt chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm; có cường độ tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Công thức F=k đó: |q1 q2| r (3.1) q1, q2 là độ lớn hai điện tích điểm r là khoảng cách hai điện tích điểm k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc cách chọn đơn vị các đại lượng, hệ SI, k có giá trị k = 9.109 (N.m2/C2) Biểu thức lực Coulomb dạng vectơ là ⃗ F 12=k đó r 12 ⃗ q1 q2 r⃗ 12 r 12 r 12 (3.2) ⃗ F 12 là vectơ lực tác dụng điện tích lên điện tích là bán kính vectơ hướng từ điện tích đến điện tích 2, có độ lớn là r Ta qui ước điện tích dương nhận giá trị dương, điện tích âm nhận giá trị âm Như q1 và q2 là giá trị đại số Vậy công thức tính lực tác dụng hai điện tích điểm là công thức đại số F=k q1 q r2 (3.3) F 12 cùng chiều với r⃗ Nếu q1 và q2 cùng dấu thì tích q1.q2 > và ⃗ 12 Khi đó lực điện là lực đẩy r 12 F 12 ngược chiều với ⃗ Nếu q1 và q2 trái dấu (loại) thì tích q1.q2 < và ⃗ Khi đó lực điện là lực hút (7) Ðịnh luật Coulomb là định luật tĩnh điện học, nó giúp ta hiểu rõ thêm khái niệm điện tích Ta thấy công thức F q1 = F q2 rút từ thực nghiệm đã nói trên là điều hợp lí, vì dựa vào lực tương tác điện ta có thể nhận biết có mặt điện tích Như vậy, ta đã có cách để so sánh độ lớn các điện tích Từ đó, chọn điện tích làm đơn vị, ta có thể xác định độ lớn điện tích khác Phạm vi áp dụng Cho đến nay, định luật Coulomb đã vượt qua kiểm nghiệm Năm 1936, Plimpton và Lauton (người Mĩ) thực nhiều thí nghiệm với độ chính xác cao, đã xác định số mũ r, F~ r 2+δ thì δ < 10-9 Gần đây (1971) Williams Faller và Hill cho δ < 10-16 Như định luật Coulomb đã thực nghiệm xác nhận với độ chính xác cao Thực nghiệm còn cho thấy định luật này thoả mãn với độ chính xác cao khoảng cách lớn nhỏ Định luật Coulomb đúng phạm vi tương tác các hạt nguyên tử để tạo thành phân tử, chí nó đúng phạm vi tương tác các hạt nguyên tử Nó mô tả đúng lực hạt nhân mang điện dương và electron mang điện âm nguyên tử mặc dù đó học cổ điển Newton không còn đúng mà phải thay vật lí lượng tử Vì nói đến tương tác hai điện tích điểm, người ta coi định luật Coulomb áp dụng phạm vi vi mô phạm vi vĩ mô Tuy nhiên nó áp dụng điều kiện các điện tích điểm đó đứng yên Định luật Coulomb đã vượt qua kiểm tra thực nghiệm, không thấy ngoại lệ nào (8) Lực tương tác các điện tích điểm điện môi Điện môi là môi trường cách điện Khi đặt các điện tích điện môi (chẳng hạn dầu cách điện) thì lực tương tác yếu so với đặt chân không F=k |q1 q2| εr (3.5) Đại lượng ε phụ thuộc vào tính chất điện môi mà không phụ thuộc vào độ lớn các điện tích và khoảng cách các điện tích ε gọi là số điện môi Hằng số điện môi là đại lượng đặc trưng cho tính chất điện chất cách điện Nó cho biết đặt các điện tích chất đó thì lực tác dụng chúng nhỏ bao nhiêu lần so với chúng đặt chân không Tuy nhiên nó đúng số trường hợp là điện môi đồng tính, đẳng hướng và chiếm toàn không gian Khái niệm số điện môi không liên quan gì đến tính dẫn điện tốt hay kém chất Các chất dẫn điện không có số điện môi Hằng số điện môi không khí gần 1, nên thí nghiệm Coulomb tiến hành không khí kết nó đúng chân không Khác với lực hấp dẫn, lực tương tác các điện tích phụ thuộc vào môi trường mà tương tác xẩy đó Thật là kỳ lạ dạng biểu thức định luật mà Coulomb tìm (1) lại giống hệt dạng biểu thức mà Newton tìm cho độ lớn lực hấp dẫn hai hạt có khối lượng m1 và m2 cách khoảng r (2) q1 q Fdt k r Fhd G (1) m1 m2 r2 (2) Tuy nhiên, khác với lực hấp dẫn là lực hút và không phụ thuộc vào môi trường, lực tương tác hai điện tích điểm có thể là lực hút là lực đẩy tùy thuộc dấu điện tích và môi trường mà tương tác xẩy đó Sự khác đó là có loại khối lượng lại có hai loại điện tích (dương âm) Thuyết electron cổ điển a Sự đời thuyết electron Thuyết electron, mà người ta gọi là thuyết electron cổ điển, đời vào cuối kỉ XIX, sau người ta phát electron, nhờ các công trình Stoney, (9) Plucker, Crookes, Schuster và đặc biệt là Thomson và Millikan b Cơ sở thuyết Cơ sở đầu tiên thuyết là quan niệm cấu tạo hạt vật chất đã hình thành thuyết động học phân tử Đó là vật chất tạo nên từ hạt nhỏ không thể phân chia thành hạt nhỏ Những hạt này gọi là hạt sơ cấp Tiếp đến là các công trình nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm điện và từ: định luật Coulomb tương tác điện và khái niệm điện tích; khái niệm dòng điện, hiệu điện và định luật Ohm; khái niệm điện trường, điện từ trường Cuối cùng và có mối liên hệ mật thiết là phát electron với các công trình nghiên cứu “nguyên tử điện”: Từ các công trình nghiên cứu điện phân, người ta đã rút kết luận là “một nguyên tử vật chất ứng với “một nguyên tử điện” Năm 1874, Stoney dựa vào tượng điện phân đã xác định độ lớn điện tích nguyên tố (e = 1,602023.10-19 C) Năm 1891, người ta đã đặt tên cho điện tích nguyên tố là electron theo đề nghị Stoney Năm 1894, Thomson đo tỉ số e m electron Năm 1900, Millikan đo điện tích eletron thí nghiệm sau: Sử dụng máy phun hương thơm, Millikan đã phun các giọt dầu vào cái hộp suốt Đáy và đỉnh hộp làm kim loại nối với nguồn pin với đầu âm (-), dầu dương (+) Trong thí nghiệm này, Millikan đã đặt hiệu điện cực lớn (khoảng 10.000V) hai điện cực kim loại đó Millikan quan sát giọt rơi và thay đổi điện áp ghi chú lại tất hiệu ứng Khi các giọt dầu nhỏ phun vào buồng A, cọ xát với miệng vòi phun nên chúng nhiễm điện Qua lỗ nhỏ có số hạt dầu rơi vào bên khoảng không gian hai kim loại Khi hai kim loại này chưa nối với nguồn thì các hạt dầu rơi xuống với vận tốc lớn dần Sau đó vận tốc chúng không đổi lực ma sát cân với lực hấp dẫn Khi nối kim loại với cực dương, với cực âm thì lúc đó có hạt không rơi xuống mà lại chuyển động lên trên, đó là hạt nhiễm điện âm Khi (10) hạt này đạt đến vận tốc không đổi ta có q U =mg+ kv1 d (4.1) q: điện tích hạt dầu U: hiệu điện hai kim loại d: khoảng cách hai kim loại Máy phun giọt dầu kim loại tích điện (+) giọt dầu đã tích điện Kính quan sát Ion hoá tia phóng xạ kim loại tích điện (-) Đèn chiếu sáng Khi hạt nhận thêm điện tích này đạt đến vận tốc không đổi v2 ta có (q+qn ) U =mg+kv d (4.2) qn: điện tích hạt dầu nhận thêm Từ (4.1) và (4.2) ta U q =k ( v − v ) d n d và U là đại lượng đo được, v và v2 có thể xác định kính quan sát, k xác định phương pháp riêng Từ đó tìm qn Từ nhiều thí nghiệm, Millikan đo điện tích nhỏ là 1,6.10-19 C và điện tích các hạt số nguyên lần 1,6.10-19 C Từ đó ông rút kết luận là tồn điện tích nguyên tố (1,6.10-19 C) II THUYẾT ELECTRON CỔ ĐIỆN Hạt nhân thuyết Tư tưởng thuyết electron là quan niệm tính gián đoạn điện Định luật thuyết electron là định luật Coulomb với mô hình toán học là các công thức định luật Trong thuyết có số là điện tích (11) electron [2] Một số nội dung chính thuyết electron cổ điển Vật chất cấu tạo từ hạt nhỏ không thể phân chia gọi là hạt Nguyên tử nguyên tố gồm hạt nhân mang điện dương và electron mang điện âm chuyển động xung quanh hạt nhân Hạt nhân nguyên tử gồm proton mang điện dương và nơtron không mang điện Electron có điện tích là -1,6.10-19 C và Có khối lượng me= 9,1.10-31 kg Proton có điện tích là +1,6.10 -19 C và khối lượng mp = 1,67.10-27 kg Số proton hạt nhân số electron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn điện tích dương hạt nhân độ lớn điện tích âm các electron và nguyên tử trạng thái trung hòa điện Electron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác Nếu nguyên tử hay vài electron, nó mang điện dương và trở thành ion dương Nếu nguyên tử thu thêm electron, nó tích điện âm và trở thành ion âm Quá trình nhiễm điện các vật thể chính là quá trình các vật thể thu thêm hay số electron Động thái cư trú hay di chuyển các electron tạo nên các tượng điện và các tính chất điện tự nhiên (http://www.physicsclassroom.com/Class/estatics/u8l1a.cfm) Thuyết giải thích tính chất khác các vật thể dựa trên việc nghiên cứu electron và chuyển động chúng gọi là thuyết electron Hệ thuyết Thuyết electron cổ điển giúp ta giải thích loạt các tượng điện và tính chất điện các vật Thuyết electron cổ điển là tiền đề đời số thuyết như: thuyết electron tính dẫn điện kim loại, thuyết electron tán sắc ánh sáng, thuyết eletron phát xạ Hạn chế thuyết Thuyết electron cổ điển áp dụng phạm vi vĩ mô không áp dụng phạm vi vi mô, thuyết không giải thích tượng siêu dẫn Định luật bảo toàn điện tích a Nội dung định luật (12) Như đã biết, cọ xát các vật với là cách làm cho chúng nhiễm điện Tuy nhiên cọ xát không đóng vai trò quan trọng, mà định là tiếp xúc các vật Khi ta cọ xát hai vật với nhau, tiếp xúc chặt chẽ số nguyên tử vật, mà số electron chuyển dịch từ vật này sang vật Ðộ dịch chuyển này vào cỡ khoảng cách các nguyên tử ~10-8 cm Khi ta tách hai vật ra, thì chúng tích điện, trái dấu Nếu hai vật không trao đổi điện tích với các vật khác (hai vật lập thành hệ cô lập), thì thí nghiệm chứng tỏ độ lớn điện tích dương xuất trên vật này đúng độ lớn điện tích âm xuất trên vật Lúc đầu, hệ hai vật có điện tích tổng cộng không, vì vật trung hòa điện Sau đã tiếp xúc với nhau, hai vật nhiễm điện, tổng đại số điện tích hai vật hệ không Như chất nhiễm điện là quá trình nhiễm điện thực chất là quá trình tách các điện tích âm và dương và phân bố lại các điện tích đó các vật hay các phần tử vật Ðiện tích tồn dạng các hạt sơ cấp mang điện Trong điều kiện định, các hạt sơ cấp có thể biến đổi qua lại Chúng có thể xuất thêm hay bớt quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, thực tế quan sát cho thấy các hạt mang điện sinh cặp có điện tích trái dấu và nhau, và (để chuyển thành hạt khác), chúng cặp Nếu có hạt mang điện chuyển hóa thành nhiều hạt khác, thì số hạt sinh ra, bắt buộc phải có hạt mang điện tích cùng dấu với hạt ban đầu Giả thiết bảo toàn điện tích đưa đầu tiên Benjamin Franklin (Mĩ) Từ nhận xét trên ta đưa đến kết luận là: Trong hệ kín (hệ cô lập điện) tổng đại số các điện tích luôn luôn là số Hệ cô lập điện là hệ gồm nhiều vật tương tác điện và trao đổi điện tích với mà không có liên hệ, trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ đó b Phạm vi áp dụng Ðịnh luật bảo toàn điện tích là nguyên lí vật lí Nó có tính chất tuyệt đối đúng Cho đến người ta chưa phát vi phạm định luật Mọi kết thực nghiệm phù hợp với định luật III Các tượng nhiễm điện Sự nhiễm điện các vật Mỗi vật bao gồm nhiều hạt mang điện (hạt nhân, electron, iôn) Bình thường thì tổng đại số các điện tích tất các hạt đó không, nghĩa là vật trung hòa điện Khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton nên độ linh động (13) chúng lớn Vì số điều kiện nào đó (cọ xát, tiếp xúc, nung nóng, ) số electron có thể di chuyển từ vật này sang vật khác Khi đó vật trở thành thừa hay thiếu electron, ta nói vật nhiễm điện (cũng có thể nói là vật tích điện) Vật nhiễm điện âm là vật thừa electron, vật nhiễm điện dương là vật thiếu electron Các phương pháp nhiễm điện a Nhiễm điện cọ xát Thí nghiệm Thanh thước làm cao su sau cọ xát vào lông thú có khả hút các vật nhẹ Giải thích Khi cọ xát vào lông thú, số electron lông thú chuyển sang cây thước Cây thước trạng thái không mang điện, nhận electron bị nhiễm điện âm Lưu ý Ta tạm thừa nhận cách giải thích tượng nhiễm điện cọ xát là kết di chuyển electron từ vật này sang vật Tuy nhiên chế tượng nhiễm điện cọ xát phức tạp, có nhiều điểm đến còn chưa rõ ràng Có thể hai vật tiếp xúc với thì có liên kết các nguyên tử lớp bề mặt chúng Khi tách rời hai vật thì mối liên kết bị đứt, electron liên kết mạnh với nguyên tử chất nào lại chất đó Nếu giả thuyết này đúng thì ép mạnh hai chất với (không cọ xát) sau đó tách chúng thì chúng phải bị nhiễm điện Có thể cọ xát thì sinh nhiệt và làm bứt electron Tuy nhiên nhiệt độ chỗ cọ xát không cao đến mức xảy phát xạ nhiệt electron Mặt khác phát xạ nhiệt electron dễ xảy kim loại và khó xảy các chất cách điện Có thể cọ xát gây chỗ khuyết tật bề mặt tiếp xúc, chỗ này xuất điện tích trái dấu Có giả thuyết cho nguyên nhân nhiễm điện cọ xát là cày xới lớp khí hấp thụ bề mặt các chất làm bật lên lớp điện tích trái dấu [2] b Nhiễm điện tiếp xúc Thí nghiệm Nếu vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện thì nó bị nhiễm (14) điện cùng dấu với vật đó Đó là nhiễm điện tiếp xúc Nếu ta đưa vật nhiễm điện dương đến tiếp xúc với vật nhiễm điện âm xảy ba trường hợp: Hai vật trở thành không nhiễm điện Điện tích chúng đã trung hòa lẫn Hai vật cùng nhiễm điện dương Hai vật cùng nhiễm điện âm Giải thích Khi vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện, ví dụ vật nhiễm điện âm thì phần electron thừa vật nhiễm điện âm truyền sang vật chưa nhiễm điện Vì vật chưa nhiễm điện đó thừa electron nên nhiễm điện âm Vật nhiễm điện dương bị thiếu số electron Vật nhiễm điện âm lại thừa số electron Nếu cho hai vật đó tiếp xúc với thì có trao đổi electron chúng: electron chỗ thừa di chuyển sang chỗ thiếu để trung hòa bớt điện tích dương Vì xảy ba trường hợp nói trên Nếu số electron thừa đúng số electron thiếu thì sau trao đổi hai vật trở trạng thái trung hòa điện Nếu số electron thiếu lớn số electron thừa thì các electron thừa vật nhiễm điện âm không đủ để trung hòa các điện tích dương vật nhiễm điện dương Tình trạng thiếu electron trở thành chung cho hai vật Do đó có phân bố lại các electron tự hai vật, vật bị thiếu ít electron nên hai vật cùng nhiễm điện dương Tương tự, số electron thiếu lại nhỏ số electron thừa thì sau trao đổi, electron còn dư số electron Số electron còn dư này phân bố cho hai vật, vật thừa ít electron nên hai vật nhiễm điện âm c Nhiễm điện hưởng ứng (15) Thí nghiệm Khi đưa kim loại nhiễm điện âm lại gần cầu trung hòa điện Ta thấy phía cầu gần kim loại nhiễm điện dương, còn phía cầu xa kim loại nhiễm điện âm Sự nhiễm điện cầu gọi là nhiễm điện hưởng ứng Nếu đưa kim loại xa thì cầu lại trở lại trạng thái trung hòa điện Điều đó chứng tỏ độ lớn các điện tích âm và dương hai phía cầu là Giải thích Khi đưa kim loại nhiễm điện âm lại gần cầu thì kim loại đẩy các electron tự cầu xa mình làm cho electron tập trung nhiều phía xa kim loại nên cầu phía xa kim loại nhiễm điện âm, còn phía gần kim loại cầu thiếu nhiều electron nên nhiễm điện dương Những điện tích tập trung hai phía cầu tác dụng lên các electron tự còn lại cầu lực ngược chiều với lực hút kim loại Nếu các điện tích tập trung đủ lớn thì các lực tác dụng các điện tích kim loại, hai phía cầu lên electron tự còn lại cầu cân và không còn có thêm electron đến tập trung phía xa kim loại cầu Đầu này cầu thừa bao nhiêu electron thì đầu thiếu nhiêu electron Cách phát vật nhiễm điện Ta có thể phát vật nhiễm điện điện nghiệm Điện nghiệm là dụng cụ gồm: bình thuỷ tinh, nút cách điện, núm kim loại, kim loại, hai lá kim loại nhẹ Một vật nhiễm điện chạm vào kim loại thì điện tích truyền đến hai lá kim loại và hai lá kim loại trở thành nhiễm điện cùng dấu Do đó chúng đẩy và xoè (16) Đưa cây bút đã nhiễm điện lại gần điện nghiệm, ta thấy hai lá điện nghiệm xoè Điện tích truyền cho hai lá kim loại càng lớn thì góc xoè càng lớn Vì có thể dùng điện nghiệm để so sánh các điện tích đã truyền cho điện nghiệm núm kim loại nút cách điện kim loại hai lá kim loại nhẹ Ứng dụng Hiện tượng nhiễm điện thường gặp đời sống, nhiên người ta đã ít quan tâm đến nó, chẳng hạn xoa tay trên áo len, chải tóc lược nhựa, các vật chuyển động nhanh không khí Các vật đó đã bị nhiễm điện Chiếc lược đã bị nhiễm điện có khả hút các mẩu giấy vụn Chiếc lược đã bị nhiễm điện có khả hút các phân tử nước (17) Trong kĩ thuật người ta dựa vào đặc điểm vật nhiễm điện để chế tạo nhiều dụng cụ Ví dụ các phân xưởng dệt thường treo nhiễm điện trên cao để hút bụi vải lên đó, bảo vệ sức khỏe cho công nhân thu gom tro các ống khói nhờ thiết bị lọc bụi tĩnh điện Không khí có nhiều bụi quạt vào máy qua lớp lọc bụi thông thường Tại đây các hạt bụi có kích thước lớn bị gạt lại Dòng không khí có lẫn các hạt bụi kích thước nhỏ bay lên Hai lưới và thực chất là hai điện cực: lưới là điện cực dương, lưới là điện cực âm Khi bay qua lưới 1, các hạt bụi bị nhiễm điện dương Do đó gặp lưới nhiễm điện âm, các hạt bụi bị hút vào lưới Vì qua lưới không khí đã lọc bụi Sau đó có thể cho không khí qua lớp lọc than để khử mùi Bằng cách này có thể lọc đến 95% bụi không khí Trong kĩ thuật người ta làm cho sơn và vật cần sơn nhiễm điện trái dấu, làm cho lớp sơn bám Sự hút và đẩy các vật tích điện còn ứng dụng in ấn và photocopy Sơ dồ máy lọc bụi không khí lớp lọc than lưới lưới lớp lọc bụi thông thường không khí có bụi (18)