Điện trường là gì? Tính chất cơ bản của điện trường là gì?

1. Điện trường là gì?

Điện trường là một môi trường vận chuyển điện tích và thực hiện lực tác động lên các điện tích khác mà nó bao quanh.

Để hiểu rõ hơn, điện trường là kết quả của tất cả các trường điện xung quanh điện tích và có thể được biểu diễn thông qua các đường sức điện. Nó có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong công nghệ điện. Một ví dụ quan trọng về tác động của nó là trong quy mô nguyên tử, khi nó tác động giữa các hạt nhân và electron.

Tính chất quan trọng của điện trường là khả năng tạo ra lực tác động lên các điện tích trong nó. Theo quy ước về hướng của vectơ cường độ điện trường: Vectơ cường độ điện trường tại một điểm luôn có cùng hướng và cùng chiều với vectơ lực điện tác động lên một điện tích dương được đặt tại điểm đó trong điện trường. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phát biểu này có thể không đúng trong trường hợp có điện tích âm.

2. Cường độ điện trường là gì?

Sau khi đã tìm hiểu về điện trường, chúng ta tiếp tục khám phá khái niệm cường độ điện trường. Để hiểu rõ hơn, hãy xem xét một ví dụ cụ thể:

Giả sử chúng ta có một điện tích điểm Q đặt tại vị trí O, tạo ra một điện trường xung quanh nó. Bây giờ, hãy nghĩa Q tại một vị trí mới, gọi là điểm M, và đặt một điện tích thử q tại điểm M. Chúng ta quan tâm đến lực tác động lên điện tích thử q. Theo định luật Coulomb, khi khoảng cách giữa q và Q càng xa, lực điện tác động càng nhỏ, và khi các điểm càng xa Q, điện trường tạo ra càng yếu.

Từ các quan sát này, ta có thể đưa ra khái niệm về cường độ điện trường. Cường độ điện trường là một số liệu biểu thị sự mạnh yếu của điện trường tại một điểm cụ thể.

Nhưng cường độ điện trường là gì chính xác? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta có thể xem xét công thức sau:

Cường độ điện trường (E) là một đại lượng đặc trưng cho tác động của lực điện trường tại một điểm cụ thể. Để tính độ lớn của cường độ điện trường, chúng ta sử dụng tỉ lệ giữa lực điện (F) tác động lên một điện tích thử (q) tại điểm đó với độ lớn q tương ứng:

E = F/q

Trong đó:

• F là lực điện tác động tại điểm xét.
• q là điện tích chịu lực tác động.
• E là cường độ điện trường tại điểm xét.

Ngoài ra, cường độ điện trường có một số đặc điểm quan trọng. Nó:

• Cùng phương và cùng chiều với lực điện tác động lên điện tích thử q dương.
• Độ lớn của nó biểu thị mức độ mạnh yếu của điện trường theo một tỷ lệ xác định nào đó.

Về mặt hình học, vectơ cường độ điện trường tại một điểm trên đường sức điện sẽ có phương trình tiếp tuyến tại điểm đó trên đường sức điện và chiều của nó trùng với chiều của đường sức. Tổng hợp của các đường sức cường độ điện trường được gọi là điện phổ.

Khi đo độ lớn của cường độ điện trường, chúng ta sử dụng đơn vị là vôn trên mét (V/m).

Ngoài ra, nguyên lý chồng chất điện trường cho biết rằng cường độ điện trường tạo ra bởi một hệ điện tích điểm bằng tổng của cường độ điện trường từng điện tích điểm trong hệ. Điều này có thể hiểu bằng cách tổng hợp vectơ cường độ điện trường từ các điện tích điểm riêng biệt trong hệ.

3. Tìm hiểu về đường sức điện:

Nó là đường mà tại mỗi điểm trên nó, tiếp tuyến của nó phản ánh giá trị của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó, hoặc nói cách khác, đường sức điện là nơi mà lực điện tác động dọc theo nó.

Các đường sức điện trong điện trường

Đặc điểm của đường sức điện:

• Chúng có hướng, mỗi đường có hướng tại mỗi điểm chính là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.
• Trong điện trường, mỗi điểm chỉ tồn tại duy nhất một đường sức điện.
• Đường sức điện của điện trường tĩnh không tạo thành một chuỗi đóng vòng liên quanh điện tích dương, mà thay vào đó, nó “bắt đầu” từ điện tích dương và “kết thúc” ở điện tích âm.
• Dường như đường sức điện rất đậm đặc, nhưng thực tế chỉ có một số ít đường được vẽ, tuân theo quy tắc sau: số lượng đường sức đi qua một điện tích nhất định sẽ đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm xét, tỉ lệ với cường độ dòng điện tại điểm đó.

Hình dạng của một số đường sức điện trong trường điện:

• Đường sức điện có thể có nhiều hình dạng khác nhau trong các tình huống khác nhau, dưới đây là một số hình dạng thường gặp:

Đường sức điện

4. Điện trường đều là gì?

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng hướng, cùng chiều và cùng độ lớn. Nghĩa là các đường sức điện chúng ta thường gọi là đường điện trường, chúng sẽ là các đường thẳng song song và có khoảng cách đều nhau.

Chẳng hạn, trong trường hợp của điện trường trong một môi trường đồng nhất, khi bạn đặt hai bản kim loại khác nhau song song với các điện tích bằng nhau và trái dấu, thì điều này tạo ra một điện trường đều.

5. Bài tập vận dụng:

Câu 1: Điện trường là: