Vật lí - Bài 18: Điện trường đều | Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Chúng ta có thể tạo ra điện trường đều bằng cách sử dụng hai bản kim loại được đặt song song và cách nhau một khoảng d. Hai bản kim loại này có hình dạng và kích thước giống hệt nhau, kích thước của hai bản lớn so với khoảng cách giữa chúng. Tích điện trái dấu cho hai bản kim loại này, khi đó hiệu điện thế giữa hai bản là U (Hình 18.1). Trong thí nghiệm này dây treo điện tích q < 0 luôn lệch so với phương thẳng đứng một góc không đổi tại mọi điểm trong không gian giữa hai bản kim loại.

Các đường sức của điện trường giữa hai bản phẳng song song ; cách đều và vuông góc với các bản phẳng, chúng xuất phát từ bản tích điện dương và kết thúc ở bản tích điện âm.

Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song có độ lớn bằng tỉ số giữa hiệu điện thế giữa hai bản phẳng và khoảng cách giữa chúng:

(18.1)

Trong đó, U là hiệu điện thế giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn (V).

d là khoảng cách giữa hai bản phẳng, đơn vị là mét (m).

E là cường độ điện trường giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn trên mét (V/m).

Bài tập ví dụ:

Hai bản phẳng kim loại đặt song song, cách nhau một khoảng d = 20 cm. Đặt vào hai bản này một hiệu điện thế một chiều U = 1000 V. Một hạt bụi mịn pm2.5 có điện tích bay vào điện trường giữa hai bản phẳng. Hãy xác định phương, chiều và độ lớn của lực điện tác dụng lên hạt bụi đó.

a)

b)

Hình 18.1. Thí nghiệm về điện trường đều

Hình 18.2. Cấu tạo ống phóng
tia X

K: cực âm (catot)

A: cực dương (anôt) 

Hình 18.3. Chuyển động của điện tích q vào trong điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện

Hình 18.4. Chuyển động ném ngang của vật khối lượng m trong trường trọng lực

2. Hãy thảo luận về tác dụng của điện trường đều lên chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện:
a) Điện trường ảnh hưởng như thế nào đến vận tốc của chuyển động?

b) Từ đó dự đoán dạng quỹ đạo chuyển động.

Bài tập ví dụ:

Hai bản phẳng kim loại có kích thước lớn và bằng nhau, đặt song song với nhau, cách nhau một khoảng d = 24 cm như Hình 18.5. Hiệu điện thế giữa hai bản phẳng là 48 V. Một electron bay vào chính giữa hai bản phẳng theo phương vuông góc với các đường sức điện với vận tốc 200 m/s. Bỏ qua điện trường của Trái Đất, lực cản môi trường, trọng lực tác dụng lên electron. Hãy viết phương trình quỹ đạo của chuyển động.

Hình 18.5. Electron bay vào điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu

2. Hãy tìm hiểu về công nghệ ion âm không khí được sử dụng rất phổ biến hiện nay (để lọc không khí trong ô tô, trong gia đình, trong nhà xưởng....). Máy hút ẩm (Hình 18.7) có các ion âm được phát ra theo phương vuông góc với đường sức điện trường của Trái Đất.

Hãy nêu tác dụng của điện trường đều của Trái Đất đối với chuyển động của chùm ion âm để giải thích cho khả năng lọc bụi trong không khí của chúng.

Hình 18.7. Máy hút ẩm có công nghệ ion âm lọc không khí

EM CÓ BIẾT

Chúng ta đã biết, ngay sát bề mặt của Trái Đất luôn có một điện trường có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới, có cường độ vào khoảng từ 100 V/m đến 200 V/m. Do đó, khi xét trong một không gian hẹp gần bề mặt của Trái Đất, các đường sức điện trường có thể coi là song song và cách đều, trong khoảng không gian hẹp đó, điện trường do Trái Đất sinh ra có thể coi là điện trường đều.

Các hạt bụi, bụi siêu mịn thường nhiễm điện dương, phân tán trong không khí nhưng tập trung nhiều ở gần mặt đất, rất có hại cho sức khoẻ khi chúng ta hít vào trong phổi. Công nghệ ion âm lọc không khí là một công nghệ áp dụng trên nhiều sản phẩm như máy lọc không khí, máy hút ẩm, máy điều hoà,... để làm sạch không khí bằng cách tạo ra ion âm để diệt khuẩn trong không khí, trung hoà các bụi mịn tích điện dương làm chúng rơi xuống đất.

EM ĐÃ HỌC

• Điện trường đều là điện trường mà cường độ điện trường tại mọi điểm đều có giá trị bằng nhau về độ lớn, giống nhau về phương và chiều. Các đường sức trong điện trường đều là các đường thẳng song song và cách đều nhau.

• Điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song là điện trường đều. Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng này có độ lớn bằng tỉ số giữa hiệu điện thế giữa hai bản phẳng và khoảng cách giữa chúng:

• Khi một điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức, dưới tác dụng của lực điện trường: vận tốc theo phương song song với đường sức bị biến đổi; vận tốc theo phương vuông góc với đường sức không thay đổi. Kết quả là vận tốc của điện tích liên tục đổi phương và tăng dần độ lớn, quỹ đạo chuyển động trở thành đường parabol.

EM CÓ THỂ

• Mô tả được ảnh hưởng của điện trường đều lên chuyển động của một điện tích khi bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức. Từ đó giải thích được nguyên tắc lái tia điện tử trong ống phóng tia điện tử.

• Giải thích được cơ chế gia tốc cho electron trong ống phóng tia X, từ đó giúp điều khiển một số đặc tính của chùm tia X theo mong muốn.