Điện Tích Là Gì ?

Điện Tích Là Gì【What Electric Charges Are】

Bạn đã biết được rằng: electron di chuyển xung quanh hạt nhân của một nguyên tử và được giữ trên các quỹ đạo nhờ lực hút của điện tích dương trong hạt nhân. Khi bạn đẩy một electron ra khỏi quỹ đạo của nó, thì hành động của electron đó sẽ trở thành cái gọi là điện (electricity).

Các electron bị đẩy ra khỏi quỹ đạo của chúng theo một cách nào đó sẽ gây ra sự thiếu hụt electron trong vật liệu mà chúng rời đi và sẽ gây ra tình trạng dư thừa electron tại điểm chúng dừng lại. Sự dư thừa electron này được gọi là điện tích âm (negative charge) và việc thiếu electron được gọi là điện tích dương (positive charge). Khi những điện tích này tồn tại và không chuyển động di chuyển, bạn có cái gọi là tĩnh điện (static electricity).

Để tạo ra điện tích dương hoặc điện tích âm, electron phải chuyển động di chuyển, trong khi điện tích dương trong hạt nhân không chuyển động di chuyển. Bất kỳ vật liệu nào có điện tích dương sẽ có số lượng điện tích dương bình thường trong hạt nhân, nhưng sẽ bị mất hoặc thiếu hụt electron. Tuy nhiên, một vật liệu tích điện âm thực sự có quá nhiều số lượng electron. Tĩnh điện thường liên quan đến các chất không dẫn điện, vì nếu vật liệu là chất dẫn điện thì các electron tự do hoặc điện tích âm có thể dễ dàng chảy ngược về phía điện tích dương và vật liệu sẽ trung tính (neutral) hoặc không tích điện (uncharged).

Bây giờ bạn đã sẵn sàng để tìm hiểu làm thế nào ma sát có thể tạo ra sự dư thừa hoặc thiếu hụt electron để gây ra tĩnh điện.

Chú Thích

• (Uncharged Bar, Neutral): Thanh không có điện tích｜Trung Tính (bình thường)
• (Negative Charge, Excess Of Electrons): Điện tích âm｜khi có quá nhiều electron
• (Positive Charge): Điện tích dương｜thiếu hụt electron

Điện Tích Tĩnh Do Ma Sát【Static Charges From Friction】

Bạn đã nghiên cứu về electron và ý nghĩa của điện tích dương và điện tích âm, do đó bây giờ bạn đã sẵn sàng tìm hiểu xem các điện tích này được tạo ra như thế nào. Nguồn, tĩnh điện (static electricity) chính là ma sát. Nếu bạn cọ xát hai vật liệu khác nhau với nhau, các electron có thể bị đẩy ra khỏi quỹ đạo của chúng ở một vật liệu và bị giữ lại ở vật liệu khác kia. Khi đó vật liệu thu giữ electron sẽ mang điện tích âm và vật liệu mất electron sẽ mang điện tích dương. Nếu vật liệu là chất dẫn điện, thì các electron sẽ chuyển động tự do và các điện tích sẽ nhanh chóng bị trung hòa (neutral).Tuy nhiên, nếu vật liệu là chất cách điện, thì các điện tích sẽ vẫn (giữ nguyên) tách biệt trong hai vật liệu.

Khi hai vật liệu cọ xát lại với nhau, do tiếp xúc ma sát, một số quỹ đạo electron trên bề mặt vật liệu sẽ giao nhau và vật liệu này có thể nhường electron cho vật liệu kia. Nếu điều này xảy ra, các điện tích tĩnh (tĩnh điện) sẽ được hình thành trong hai vật liệu và do đó ma sát trở thành nguồn sinh ra điện tích. Điện tích có thể dương hoặc âm tùy thuộc vào vật liệu nào nhường electron tự do dễ dàng, hay nhiều hơn.

Một số vật liệu dễ tạo ra tĩnh điện là thủy tinh, hổ phách, cao su cứng, sáp, vải nỉ, lụa, tơ nhân tạo và nylon. Khi thanh cao su cứng cọ xát với lông, lông sẽ mất và nhường electron vào thanh, thanh sẽ tích (tích tụ) điện âm và lông tích điện dương. Khi cọ xát thủy tinh với lụa, thanh thủy tinh mất electron, thanh thủy tinh nhiễm điện dương (điện tích dương), mảnh lụa nhiễm điện âm (điện tích âm). Bạn sẽ phát hiện ra rằng một điện tích tĩnh (tĩnh điện) có thể truyền từ vật liệu này sang vật liệu khác mà không cần có ma sát, nhưng nguồn gốc ban đầu của các điện tích tĩnh này là ma sát.

Chú Thích

• (+ Charges An Electrons Are Presentin In Equal Quantities In Ihe Rod And Fur): Trong que và lông, số lượng (điện tích dương +) và electron (điện tích âm -) là bằng nhau
• (Electrons Are Transferred From The Fur To The Rod): Electron được chuyển (di chuyển) từ Lông sang Que

Lực Hút và Lực Đẩy Của Điện Tích【Attraction and Repulsion of Electric Charges】

Khi vật liệu được tích tĩnh điện (tích electron), chúng sẽ hoạt động theo kiểu cách khác nhau. Ví dụ, nếu bạn đặt một quả bóng có điện tích dương gần một quả bóng có điện tích âm, hai quả bóng sẽ hút nhau. Nếu điện tích đủ mạnh và các quả bóng đủ nhẹ và tự do di chuyển , chúng sẽ tiếp xúc với nhau. Dù chúng có chuyển động tự do hay không thì lực hút luôn tồn tại giữa các điện tích trái dấu.

Nếu bạn mang hai vật liệu có điện tích trái dấu lại với nhau, các electron thừa của điện tích âm sẽ chuyển sang vật liệu thiếu electron. Sự chuyển dịch hoặc chuyển vị trí của các electron từ điện tích âm sang điện tích dương được gọi là sự phóng điện (xả điện | discharge) và theo định nghĩa đại diện biểu thị cho dòng điện (current flow).

Sử dụng hai quả bóng có cùng loại điện tích, dương hoặc âm, bạn sẽ thấy chúng đẩy nhau.

Chú Thích

• (Unlike Charges Attract): Các điện tích khác nhau sẽ hút nhau
• (Like Charges Repel):Các điện tích giống nhau sẽ đẩy lẫn nhau đi

Điện Trường【Electric Fields】

Bạn đã biết rằng các điện tích cùng loại thì đẩy nhau và các điện tích khác loại thì hút nhau. Vì điều này xảy ra khi các vật tích điện bị đẩy tách ra, nên điều này phải có nghĩa là có một trường lực bao quanh các điện tích và tác dụng lực hút hoặc lực đẩy là do trường này gây ra. Trường lực này được gọi là trường lực điện (“trường điện; điện trường” | electric field of force). Nó đôi khi còn được gọi là trường tĩnh điện (electrostatic field) hoặc trường điện môi (trường cách điện | dielectric field) vì nó có thể tồn tại trong không khí, thủy tinh, giấy, chân không hoặc trong bất kỳ vật liệu điện môi hoặc cách điện (insulating material) nào khác. Charles A. Coulomb, một nhà khoa học người Pháp, đã nghiên cứu những lĩnh vực “trường” này vào thế kỷ 18 và phát hiện ra rằng chúng hoạt động theo cách có thể dự đoán được theo cái mà ngày nay chúng ta gọi là Định luật Coulomb. Định luật của ông phát biểu rằng: “lực hút hoặc lực đẩy giữa hai vật tích điện tỷ lệ thuận với lượng điện tích có trên cả hai vật chia cho bình phương khoảng cách giữa chúng. Do đó, chúng ta tạo ra điện tích trên vật liệu của mình càng lớn thì lực hút hoặc lực đẩy giữa chúng càng lớn; chúng ta di chuyển các vật tích điện càng xa thì chúng càng ít ảnh hưởng lẫn nhau”.

Chú Thích

• (Says That Force Coulomb’s Law Is Proportional To Charge): Định luật Coulomb nói rằng lực giữa các điện tích tỉ lệ với lượng điện tích
• (And Inversely Proportional To The Square Of The Distance): Và lực giảm đi tỉ lệ nghịch (nghịch đảo) theo bình phương của khoảng cách

Điện trường xung quanh một vật tích điện thường được biểu diễn bằng các đường sức gọi là đường sức tĩnh điện (đường lực tĩnh điện | electrostatic lines of force). Những đường này là tưởng tượng và được sử dụng để hiển thị hướng và cường độ (độ mạnh) của trường (field). Vì vậy, chúng giúp chúng ta hiểu điều gì sẽ xảy ra khi các trường lực này tương tác với nhau. Để tránh sự nhầm lẫn, đường sức (đường lực) của điện tích dương luôn được vẽ (hiện thị) rời khỏi điện tích và đường sức của điện tích âm luôn được vẽ (hiển thị) đi vào điện tích.

Chú Thích

• (Lines Of Force): “Đường lực”; “Đường lực điện”
• (Positive): “Dương”; “Điện tích dương”
• (Negative): “Âm”; “Điện tích âm”

Sử dụng ý tưởng khái niệm về đường sức (đường lực), bây giờ bạn có thể bạn có thể hiểu rõ trực quan hơn bằng hình ảnh, tại sao các điện tích giống nhau thì đẩy lùi nhau và các điện tích trái dấu thì hút nhau.

Chú Thích

• (Like Charges Repel): Điện tích giống nhau đẩy lùi nhau
• (Unlike Charges Attract): Điện tích trái dấu hút nhau

Hãy lưu ý rằng tất cả các đường sức (đường lực) đều kết thúc trên vật điện tích.

Chuyển Điện Tích Thông Qua Tiếp Xúc【Transfer of Electric Charges Through Contact】

Hầu hết các điện tích tĩnh điện (electrostatic charges)  là do ma sát. Nếu một vật nhiễm điện (nhiễm tĩnh điện | static charge) thì nó sẽ tác dụng lên các vật khác ở gần. Ảnh hưởng này có thể được phát huy diễn ra thông qua tiếp xúc hoặc cảm ứng.

Điện tích dương nghĩa là thiếu electron và luôn hút các electron, trong khi điện tích âm nghĩa là dư thừa electron và luôn đẩy electron đi.

Nếu bạn đặt một que mang điện tích dương lên một thanh kim loại chưa có điện tích (neutral) được đặt trên một chất cách điện, nó sẽ hút electron trong thanh kim loại đến điểm tiếp xúc. Một số electron trong thanh kim loại sẽ rời đi và nhập vào que, khiến cho thanh kim loại trở nên mang điện tích dương và giảm điện tích dương của que. Khi một vật mang điện tích tiếp xúc với một vật chưa có điện tích, nó sẽ mất một phần của điện tích của nó.

Tương tự, điều ngược lại sẽ xảy ra khi bạn bắt đầu với một thanh kim loại mang (nhiễm) điện tích âm.

Chú Thích

• (Giving A Bar A Positive Charge By Contact): Tạo ra một thanh kim loại mang điện tích dương thông qua tiếp xúc
• (Positively Charged Rod Almost Touching Uncharged Bar): Que mang điện tích dương gần chạm vào thanh chưa mang điện tích (chưa mang điện)
• (When Rod Touches Bar, Electrons Enter Rod): Khi que chạm vào thanh, electron nhập vào que
• (The Rob Is now Less Positively Charged): Que bây giờ có ít điện tích dương hơn (có nhiều điện hơn)
• (Metal Bar Now Has Positive Charge): Thanh kim loại bây giờ đã mang điện tích dương. (có ít điện hơn)

Chuyển Điện Tích Thông Qua Cảm Ứng【Transfer of Electric Charges Through Induction】