Chúng ta đã biết, có sự tương tự giữa chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều với chuyển động của một vật khối lượng m trong trường trọng lực. Như vậy thì điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường không?
Một điện tích dương q được đặt tại điểm M trong điện trường đều của một tụ điện có độ lớn của cường độ điện trường là E (Hình 19.2).
1. Chứng minh rằng công mà điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm là A = qEd.
2. Hãy nhận xét về công A khi ta thay q bằng một điện tích âm.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTham khảo:
1. Công điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm bằng chính công của lực điện trường trong dịch chuyển này
A = F.d mà F = E.q ⇒ A = E.q.d
2. Với q<0 thì lúc này ta sẽ thu được công âm A<0.
Trong trường hợp này, lực điện trường sẽ hướng lên bản nhiễm điện dương và ngược chiều với chiều chuyển động của điện âm. Do đó, điện trường sẽ sinh một công âm và cản trở chuyển động.
(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))
Chứng tỏ rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường. Hãy mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTham khảo:
Chúng ta đã biết rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển điện tích q không phụ thuộc vào hình dạng quãng đường mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của độ dịch chuyển. Do đó, nếu xét dịch chuyển từ điểm M đến vô cực theo hai cung đường khác nhau từ M đến vô cùng mà cung đường thứ hai đi qua điểm N ta sẽ có cùng kết quả:
AM∞ = AMN∞=WM (1)
Mặt khác: AM∞ = AMN + AN∞ =AMN + WN (2)
Từ (1) và (2) ta có:
WM = AMN +WN hay bằng AMN = WM - WN
(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))
Trong điện trường bất kì, khi chọn mốc là ở xa vô cùng, có trường hợp mà số đo thế năng sẽ có giá trị âm không? Hãy vẽ hình minh hoạ.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTham khảo:
Khi chọn mốc là ở xa vô cùng, trường hợp có số đo thế năng âm khi điện tích q âm tại điểm M trong điện trường bị dịch chuyển tới vô cực.
\(A_{M\infty}=W_M=-qEd\)
(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))