Lý 11 Bài 2: Thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích

a) Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố

- Cấu tạo nguyên tử:

• Hạt nhân ở giữa mang điện dương: gồm protôn mang điện dương và nơtron không mang điện.
• Các electron mang điện âm chuyển động xung quanh hạt nhân.
• Số electron bằng số proton nên nguyên tử trung hòa về điện
• Điện tích của electron và của proton là nhỏ nhất nên gọi là điện tích nguyên tố.

b) Thuyết electron

- Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của electron để giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện của các vật gọi là thuyết electron.

• Electron có thể rời khỏi nguyên tử và di chuyển từ nơi này đến nơi khác.
• Nguyên tử mất electron trở thành ion dương.
• Nguyên tử trung hòa nhận thêm electron trở thành ion âm.

- Một vật được gọi là nhiễm điện âm nếu số hạt electron nó chứa nhiều hơn số hạt proton bên trong nó và ngược lại.

• Số e > số proton: nhiễm điện âm
• Số e < số proton: nhiễm điện dương

a. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện

• Vật dẫn điện là những vật có các điện tích tự do có thể di chuyển được bên trong vật.
• Vật cách điện là những vật có rất ít các điện tích tự do có thể di chuyển bên trong vật.

b. Giải thích ba hiện tượng nhiễm điện

- Có thể dùng thuyết electron để giải thích các hiện tượng nhiễm diện do cọ xát, tiếp xúc, hưởng ứng.

• Nhiễm điện do cọ xát: Khi thanh thuỷ tinh cọ xát với lụa thì có một số electron di chuyển từ thuỷ tinh sang lụa nên thanh thuỷ tinh nhiễm điện dương, mảnh lụa nhiễm điện âm.

• Nhiễm điện do tiếp xúc: Khi thanh kim loại trung hoà điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện thì có sự di chuyển điện tích từ quả cầu sang thanh kim loại nên thanh kim loại nhiễm điện cùng dấu với quả cầu.
• Nhiễm điện do hưởng ứng: Thanh kim loại trung hoà điện đặt gần quả cầu nhiễm điện thì các electron tự do trong thanh kim loại dịch chuyển. Đầu thanh kim loại xa quả cầu nhiễm điện cùng dấu với quả cầu, đầu thanh kim loại gần quả cầu nhiễm điện trái dấu với quả cầu.

Ở một hệ vật cô lập về điện, nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác, thì tổng đại số của các điện tích là không đổi.

 Hai quả cầu kim loại nhỏ mang các điện tích q₁ và q₂  đặt trong không khí cách nhau 2 cm, đẩy nhau bởi một lực F₁ = 2,7.10⁻⁴ N. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về vị trí cũ, chúng đẩy nhau bởi một lực F₂=3,6.10⁻⁴ N. Tính giá trị q₁ và q₂?

Hướng dẫn giải

Ta có: 

Trước khi tiếp xúc: 

F₁ = 9.10⁹.\(\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\) = 2,7.10⁻⁴ N (1)

Sau khi tiếp xúc có: q₁' =  q₂' = 0,5(q₁ + q₂)

⇔ F₂ = 9.10⁹. \(\frac{{0,5.{{({q_1} + {q_2})}^2}}}{{r_2^2}} \)= 3,6.10⁻⁴ N (2)

Từ (1) và (2) ⇒ q₁ = 6.10⁻⁹ C và q₂ = 2.10⁻⁹ C hoặc q₁ = −6.10⁻⁹ C

Hãy vận dụng thuyết êlectron để giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. Biết rằng trong kim loại có êlectron tự do.

Hướng dẫn giải:
Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng:

Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.3). Đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương. Nếu đưa quả cầu A ra xa thì thanh kim loại MN trở lại trạng thái trung hòa về điện.

Giải thích:

Điện tích dương ở quả cầu A sẽ hút các êlectron tự do trong thanh kim loại MN về phía nó. Vì vậy, ở đầu M gần quả cầu A sẽ thừa êlectron nên nhiễm điện âm, còn đầu N thiếu êlectron nên nhiễm điện dương.

Khi đưa quả cầu A ra xa thì không có lực tương tác tĩnh điện nên các điện tích sắp xếp một cách mất trật tự và thanh MN trở về trạng thái trung hòa về điện.