Bài 2: Thuyết Electron. Định luật bảo toàn điện tích | Vật Lý | Chương 1: Điện tích, điện trường - Lớp 11 - Giáo Dục Việt Nam

Dựa trên cơ sở nào để giải thích các hiện tượg nhiễm điện ?

I - THUYẾT ÊLECTRON

1. Cấu tạo nguyên tử vể phương diện điện. Điện tích nguyên tố

a) Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương nằm ở trung tâm và các êlectron mang điện âm chuyển động xung quanh. Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt là notron không mang điện và prôtôn mang điện dương (Hình 2.1).

Electron có điện tích là \( -1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{C} \) và khối lượng là \( 9,1 \cdot 10^{-31} \mathrm{~kg} \). Prôtôn có điện tích là \( +1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{C} \) và khối lượng là \( 1,67 \cdot 10^{-27} \mathrm{~kg} \). Khối lượng của notron xấp xỉ bằng khối lượng của prôtôn.

Số prôtôn trong hạt nhân bằng số êlectron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn của điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn của điện tích âm của các êlectron và nguyên tử ở trạng thái trung hoà về điện.
b) Trong các hiện tượng điện mà ta xét ở chương trình Vật lí Trung học phổ thông (THPT) thì điện tích của êlectron và điện tích của prôtôn là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được. Vì vậy, ta gọi chúng là những diện tích ngu yên tố (âm hoặc dương).
Ta hiểu sự trung hoà về điện của nguyên tử như sau:Vì tổng điện tích của các êlectron có độ lớn bằng diện tích của hạt nhân và khoảng cách giũ̃a các êlectron và hạt nhân rất nhỏ so với khoảng cách từ nguyên tử này đến nguyên tử khác nên lực điện mà hệ điện tích này tác dụng lên các điện tích khác coi như bằng không.

2. Thuyết êlectron

Sự cư trú và di chuyển của các êlectron tạo nên các hiện tượng điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.

Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất diện của các vật gọi là thu yết êlectron. C1

C1 Hãy vận dụng thuyết êlectron để giải thích hiện tượng nhiễm điện của thanh thuỷ tinh khi cọ xát vào dạ. Cho rằng, trong hiện tượng này, thuỷ tinh bị nhiễm điện dưởng và chỉ có các êlectron có thể di chuyển từ vật nọ sang vật kia.

Nội dung của thuyết êlectron về việc giải thích sự nhiễm điện của các vật như sau :

1. a) Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương. Ví dụ : Nguyên tử natri bị mất một êlectron sẽ trở thành ion \( \mathrm{Na}^{+} \).
2. b) Một nguyên tử trung hoà có thể nhận thêm êlectron để trở thành một hạt mang điện âm và được gọi là ion âm. Ví dụ : Nguyên tử clo nhận thêm một êlectron sẽ trở thành ion \( \mathrm{Cl}^{-} \).
3. c) Một vật nhiễm điện âm khi số ellectron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (prôtôn). Nếu số êlectron ít hơn số prôtôn thì vật nhiễm điện dương.

II- VẬN DỤNG

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

Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chúa nhiều diện tích tự do. Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.

Kim loại có chứa nhiều êlectron tự do ; các dung dịch axit, bazơ và muối có chứa nhiều ion tự do Chúng đều là các chất dẫn điện.

Vật (chất) cách diện là vật (chất) không chúa hoạcc chú́a rất ít điện tích tự do. Không khí khô, dầu, thuỷ tinh, sứ, cao su, một số nhựa,... là các chất cách điện. C2 ; C3

C2 Hãy nêu một định nghĩa khác về vật dẫn điện và vật cách điện.

C3 Chân không dẫn điện hay cách điện ? Tại sao?

2. Sự nhiễm điện do tiếp xúc

Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ bị nhiễm điện cùng dấu với vật đó. Đó là sụ nhiễm điện do tiếp xúc.

Nếu cho hai quả cầu kim loại đã tích điện tiếp xúc với nhau và đo chính xác các điện tích, ta sẽ thấy tổng điện tích của hai quả cầu sau khi tiếp xúc bằng tổng đại số điện tích của hai quả cầu trước khi tiếp xúc (Hình 2.2). Như vậy, việc gán dấu cho hai loại điện tích tuy là hình thức, nhưng nó đã giúp ta tính toán được các điện tích theo phương pháp đại số. C4

3. Sự nhiễm điện do hưởng ứng

Đưa một quả cầu \( A \) nhiễm điện dương lại gần đầu \( M \) của một thanh kim loại \( M N \) trung hoà về điện (Hình 2.3). Ta thấy đầu \( M \) nhiễm điện âm, còn đầu \( N \) nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện của thanh kim loại \( M N \) là sự nhiếm diện do hưởng úng (hay hiện tượng cảm ứng tīnh điện).

Nếu đưa quả cầu \( A \) ra xa, thanh kim loại \( M N \) lại trở lại trạng thái trung hoà về điện. Điều đó chứng tỏ độ lớn của các điện tích âm và dương ở các đầu \( M \) và \( N \) là bằng nhau. C5

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra khi quả cầu \( A \) nhiễm điện âm.

III - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.

Hệ vật cô lập về điện là hệ vật không có trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ.

C4 Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương.

C5 Hãy vận dụng thuyết êlectron để giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. Biết rằng trong kim loại có êlectron tự do.

13Thuyết êlectron là thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật.

Điện tích của êlectron là điện tích nguyên tố âm ( \( -e=-1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{C} \) ). Điện tích của prôtôn là điện tích nguyên tố dương ( \( +e=1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{C} \) ).

Có thể giải thích các hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, do tiếp xúc và do hưởng ứng... bằng thuyết êlectron.

Định luật bảo toàn điện tích : Tổng đại số của các điện tích của một hệ vật cô lập vể điện là không thay đổi.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Trình bày nội dung của thuyết êlectron.
2. Giải thích hiện tượng nhiễm điện âm của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết êlectron.
3. Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích hiện tượng đó bằng thuyết êlectron.
4. Phát biểu định luâtt bảo toàn điện tích và vận dụng để giải thích hiện tượng xảy ra khi cho một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm.
5. Chọn câu đúng.

Đưa quả cầu tích điện \( Q \) lại gần quả cầu \( M \) nhỏ, nhẹ, bằng bấc, treo ở đầu một sợi chỉ thẳng đứng. Quả cầu bấc \( M \) bị hút dính vào quả cầu \( Q \). Sau đó thì

1. \( M \) tiếp tục bị hút dính vào \( Q \).

\( B \). \( M \) rời \( Q \) và vẫn bị hút lệch vể phía \( Q \).

1. \( M \) rời \( Q \) về vị trí thẳng đứng.
2. \( M \) bị đẩy lệch về phía bên kia.
3. Đưa một quả cầu \( Q \) tích điện dương lại gần đầu \( M \) của một khối trụ kim loại \( M N \) (Hình 2.4).

Tại \( M \) và \( N \) sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu chạm tay vào điểm \( I \), trung điểm của \( M N \) ?

1. Điện tích ở \( M \) và \( N \) không thay đổi.
2. Điện tích ở \( M \) và \( N \) mất hết.
3. Điện tích ở \( M \) còn, ở \( N \) mất.
4. Điện tích ở \( M \) mất, ở \( N \) còn.
5. Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trần, mặc dù cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh.