Công thức định luật Cu-lông trong môi trường chân không

Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ định nghĩa định luật Cu lông là gì? Công thức định luật Cu lông kèm theo các dạng bài tập thường gặp có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo nhé

Định luật Cu lông là gì?

Lực hút hay lực đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối giữa hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Các đơn vị thường gặp: 1pC = 10-12C; 1nC = 10-9C; 1μC = 10-6C; 1mC = 10-3C

Công thức định luật Cu lông

F = k.|q1q2|/εr2

Trong đó:

k là hệ số tỉ lệ = 9.109N.m2 /C2
r là khoảng cách giữa hai điện tích (m)
q1,q2 là điện tích (C)
ε là hằng số điện môi của môi trường (ε ≥ 1)

Tham khảo thêm: Hiệu điện thế là gì? Công thức tính hiệu điện thế chính xác 100% [VD]

Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính – Hằng số điện môi

Điện môi là môi trường cách điện.

Hằng số điện môi của một môi trường cho ta biết:

Khi đặt các điện tích trong môi trường có điện môi thì lực tương tác giữa chúng giảm đi bao nhiêu lần so với đặt trong chân không.
Đối với chân không, hằng số điện môi ε= 1.

Bài tập ứng dụng định luật Cu lông

Ví dụ 1: Hai điện tích q1 = -q; q2 = 4q đặt cách nhau một khoảng r. Nếu điện tích q1 tác dụng lực điện lên điện tích q2 có độ lớn là F thì lực tác dụng của điện tích q2 lên q1 có độ lớn bằng bao nhiêu?

Lời giải

Theo định luật Cu-lông ta có: Lực tác dụng của điện tích q1 lên q2 và lực tác dụng của điện tích q2 lên q1 bằng nhau:

F12 = F21 = F = k.|q1q2|/εr2

Ví dụ 2: Cho hai điện tích q1 = 6.10−8C và q2 = 3.10−7C đặt cách nhau 3 cm trong chân không.

a) Tính lực tương tác giữa chúng.

b) Để lực này tăng lên 4 lần thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu?

c) Đưa hệ này vào nước có ε=81 thì lực tương tác giống câu a. Tìm khoảng cách giữa hai điện tích lúc này.

Lời giải

Lực tương tác giữa hai điện tích được biểu diễn như hình vẽ:

Và có độ lớn là:

b) Khi lực tương tác giữa hai điện tích tăng lên 4 lần, ta có:

c) Đưa hệ này vào nước, lực tương tác không đổi:

Ví dụ 3: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đứng yên đặt cách nhau một khoảng 4cm là F. Nếu để chúng cách nhau 1cm thì lực tương tác giữa chúng là bao nhiêu?

Lời giải

Ta có:

Khi r1 = 4cm : Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích là:

F = k|q1q2|/εr12

Khi r2 = 4cm : Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích:

F = k|q1q2|/εr22

Ví dụ 4: Hai điện tích q1 = 8.10−8C,q2 = −8.10−8C đặt tại A,B trong không khí (AB = 6 cm). Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10−8C, nếu:

a) CA = 4 cm, CB = 2 cm

b) CA = 4 cm, CB = 10 cm

Hướng dẫn giải

Điện tích q3 sẽ chịu hai lực tác dụng của q1 và q2 là F1→ , F2→

Lực tổng hợp: F→= F1→ + F2→

a) Ta có: CA = 4 cm và CB = 3 cm ⇒ AC+CB = AB => C nằm trong đoạn AB

Ta biểu diễn các lực tương tác như hình vẽ:

Suy ra: F→ cùng chiều với F1→ , F2→ (hướng từ C đến B)

Độ lớn:

b) CA = 4 cm và CB = 10 cm => CB – CA =AB => C nằm trên đường AB, ngoài khoảng AB về phía A.

Ta biểu diễn các lực tương tác như hình vẽ:

Ta thấy F1→ , F2→ ngược chiều nhau, F→ cùng chiều với F1→

Độ lớn:

Ta có:

Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được định nghĩa và công thức định luật Cu lông để áp dụng vào làm bài tập

Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có nhiều điện tích tự do.

Vật (chất) điện môi là gì?

Vật (chất) cách điện hay điện môi là vật (chất) có ít điện tích tự do.

Vật nhiễm điện là gì?

Vật (chất) nhiễm điện là vật (chất) mang điện. Có 3 cách làm nhiễm điện một vật là: nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng.

Định luật Cu lông

Nhà bác học Charles-Augustin de Coulomb (Cu-lông)

Charles-Augustin de Coulomb (phiên âm tiếng Việt: Cu-lông) là nhà bác học người Pháp. Ông sinh vào ngày 14/6/1736 tại sinh tại Angoulême, trong một gia đình giàu có. Cha của ông Henri Coulomb – là thanh tra Fields Hoàng gia ở Montpellier. Mẹ của ông Catherine Bajet xuất thân từ một gia đình giàu có trong việc buôn bán len.

Khi Cu-lông còn nhỏ gia đình ông đã chuyển đến Paris sinh sống. Các khóa học ông đã nghiên cứu khiến ông quyết tâm theo đuổi toán học và các đối tượng tương tự như một sự nghiệp.

Từ 1757 đến 1759 ông đến gia đình của cha mình ở Montpellier và tham gia công tác của học viện thành phố dưới sự chỉ dẫn của nhà toán học Danyzy Augustin. Với sự chấp thuận của cha mình, Cu-lông quay trở lại Paris năm 1759, nơi ông đã thành công trong kỳ thi tuyển sinh cho các trường quân sự tại Mézières. Là một nhà vật lý học, ông đã cống hiến những công trình vật lý lớn và tiêu biểu là định luật Cu lông. Ông mất năm 1806 ở Paris.

Nguồn: Wikipedia

Phát biểu định luật Cu lông

Định luật Cu lông hay định luật Coulomb được phát biểu rằng: lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương nằm trên một đường thẳng nối hai điện tích điểm, có chiều là chiều của lực hút nếu hai điện tích điểm khác dấu và đẩy nếu hai điện tích điểm cùng dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Đặc điểm

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm q1; q2 đặt cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi ε có đặc điểm:

Điểm đặt: trên 2 điện tích.

Phương: đường nối 2 điện tích.

Chiều: Các điện tích hút nhau nếu 2 điện tích ngược dấu, các điện tích đẩy nhau nếu 2 điện tích cùng dấu.

Hướng ra xa nhau nếu q1.q2 > 0 (hay q1; q2 cùng dấu)
Hướng vào nhau nếu q1.q2 < 0 (hay q1; q2 trái dấu)

Biểu thức định luật Cu lông

Trong đó:

F – là lực tĩnh điện (đơn vị N)
q1, q2 – là điện tích của 2 điện tích điểm thứ nhất và thứ hai (đơn vị C)
r – là khoảng cách giữa 2 điện tích điểm (đơn vị m)
k – là hằng số lực Cu lông, k = 9.10^9 (đơn vị N.m²/C²)

Biểu diễn

Định luật bảo toàn điện tích trong vật lý

Trong 1 hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số.

Các dạng bài tập chuyên đề điện tích

Dạng 1: Xác định lực tương tác giữa 2 điện tích và các đại lượng trong công thức định luật Cu lông.

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật Cu – lông.

Phương, chiều, điểm đặt của lực (như hình vẽ)

Độ lớn: F = (9.10^9.|q1.q2|) / ε.r²
Chiều của lực dựa vào dấu của hai điện tích : hai điện tích cùng dấu là lực đẩy, hai điện tích trái dấu là lực hút.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích khi 2 quả cầu kim loại giống nhau tích điện, tiếp xúc nhau:

Trước tiếp xúc: q1, q2.
Sau tiếp xúc: q1′ = q2′ = (q1+q2) / 2

Dạng 2: Tổng hợp lực tác dụng lên 1 điện tích

Phương pháp giải:

Bước 1: Tóm tắt giả thuyết.

Bước 2: Áp dụng công thức định luật Cu lông để lần lượt xác định lực tác dụng vào điện tích ta xét:

q1 tác dụng vào q một lực F1 =

(k.|q1.q|) / ε.r1²
q2 tác dụng vào q một lực F2 =

(k.|q2.q|) / ε.r2²

Bước 3: Vẽ các vectơ lực thành phần F1, F2 tác dụng lên điện tích q, rồi xác định vectơ tổng hợp F theo quy tắc hình bình hành.

Bước 4: Xác định độ dài của véc tơ F- độ lớn của hợp lực (qua một vài lần dùng hệ thức lượng trong tam giác). Tham khảo tại đây: Định lý Cosin

Bước 5: Kết luận về hợp lực véc tơ F gồm: Gốc, phương và chiều, độ dài.

Các trường hợp đặc biệt:

Dạng 3: Cân bằng điện tích

Phương pháp giải:

Nếu q1.q2 > 0 (cùng dấu): q nằm trong đoạn thẳng nối q1 q2.

Nếu q1.q2 < 0 (trái dấu): q nằm trên đường thẳng nối q1 q2 và nằm ngoài đoạn thẳng nối q1 q2.

Nếu q nằm gần q1 hay q2 còn phụ thuộc vào độ lớn của hai điện tích (|q1| > |q2| thì r1 > r2 và ngược lại).

Bài tập vận dụng

Bài 1: Hai điện tích q1 = 16.10^-6 C; q2 = 64.10^-6 C đặt tại A và B trong không khí (AB = 1m). Xác định lực điện tác dụng lên điện tích q = 4.10^-6 C đặt tại C nếu: CA = 60cm; CB = 40cm. Đáp án: 16N

Bài 2. Cho hai điện tích điểm q1 = 2.10^-7 C; q2 = -3.10^-7 C đặt tại hai điểm A và B trong chân không cách nhau 5 cm. Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q = -2.10^-7 trong hai trường hợp:

a) q đặt tại C, với CA = 2cm; CB = 3cm.
b) q đặt tại D với DA = 2cm; DB = 7cm.

Đáp án: a) F = 1,5N, b) F = 0,79N.

Bài 3. Hai điện tích q1 = -2.10^-8 C; q2 = -1,8.10^-7 C đặt tại A và B trong không khí, AB = 8 cm. Một điện tích q3 đặt tại C. Hỏi:

a) C ở đâu để q3 cân bằng?
b) Dấu và độ lớn của q3 để q1, q2 cũng cân bằng?

Đáp án: a) CA = 4cm; CB = 12cm, b) q3 = 4,5.10^-8C

Kiến thức tham khảo

Bài viết liên quan: Điện trường và cường độ điện trường

Chuyên mục tham khảo: Vật lý học

Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Youtobe Facebook Twitter