Điện tích là gì? Tính chất cơ bản và tương tác điện tích

Điện tích thường là các bội số nguyên của điện tích nguyên tử. Các hạt quark có điện tích phân số so với điện tích cơ bản. Phản hạt của một hạt cơ bản có cùng độ lớn nhưng trái dấu với điện tích của hạt đó.

Trong dải vũ trụ bao la của chúng ta vẫn còn rất nhiều bí ẩn chưa được khám phá, và một trong những khía cạnh lớn nhất mà con người đặt ra là: "Điện tích là gì?" Trong hành trình tìm hiểu này, bạn và Bigmart sẽ cùng khám phá những bí ẩn của điện tích và tìm hiểu sâu hơn về sức mạnh của nó thông qua bài viết dưới đây nhé!

I. Điện tích là gì?

1. Khái niệm

Điện tích là một thuộc tính cơ bản và vĩnh viễn của các hạt hạ nguyên tử, biểu thị mối tương tác điện từ giữa chúng. Nó tạo ra các trường điện từ và đồng thời chịu ảnh hưởng của chúng. Sự tương tác giữa điện tích và trường điện, khi điện tích di chuyển hoặc ở yên trong trường điện, là nguyên nhân của lực điện từ, một trong những lực cơ bản của vũ trụ.

2. Nguồn gốc của điện tích

Điện tích được tạo thành từ các hạt mang điện rất nhỏ, coi chúng như là các chất điểm, được gọi là điện tích điểm. Trong các thí nghiệm, thậm chí cả trong các thí nghiệm tưởng tượng, nó được gọi là điện tích thử.

Điện tích của một vật lớn là tổng của tất cả các điện tích của các hạt cấu tạo nên vật đó. Thông thường, các vật chúng ta gặp hàng ngày là trung hòa về điện, do số proton bằng số electron trong nguyên tử. Tuy nhiên, ngay cả khi tổng điện tích của một vật là không, vật đó vẫn có thể tương tác điện từ, nhờ vào hiện tượng phân cực điện. Các điện tích trong phân cực được gọi là điện tích liên kết, trong khi các điện tích có thể tự do di chuyển trong vật dẫn dưới tác động của trường từ bên ngoài.

Điện tích có thể được đo bằng một dụng cụ gọi là tĩnh điện kế.

3. Ký hiệu và đơn vị đo lường của điện tích

Để biểu thị điện tích này, chúng ta sử dụng ký hiệu như sau:

• Điện tích âm được ký hiệu là -Q.

• Điện tích dương được ký hiệu là +Q.

Đơn vị để đo lường điện tích là Coulomb (Cu lông), được ký hiệu là C. Cu lông được xác định như sau: 

• 1C = 6,24 × 10 ^-18 electron.

II. Các loại điện tích

Điện tích có hai loại chính: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích dương được liên kết với các proton, là các hạt hạ nguyên tử cư trú trong hạt nhân của nguyên tử. Mặt khác, điện tích âm được liên kết với các electron quay quanh hạt nhân nguyên tử. Sự khác biệt giữa điện tích dương và điện tích âm đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu được hành vi của các vật tích điện. Các điện tích trái dấu, chẳng hạn như dương và âm, thu hút lẫn nhau, trong khi các điện tích cùng loại, chẳng hạn như dương và dương hoặc âm và âm, đẩy nhau.

Khi một vật mang điện tích âm, nó có nhiều electron hơn so với proton. Ngược lại, điện tích dương biểu thị sự dư thừa proton so với electron. Điều quan trọng cần lưu ý là khi có số lượng điện tích dương và âm bằng nhau, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau, dẫn đến vật thể ở trạng thái trung tính.

Bằng cách nắm được định nghĩa về điện tích và nhận biết tầm quan trọng của điện tích dương và điện tích âm, ta có thể hiểu được các nguyên lý cơ bản chi phối điện và từ.

>>> Xem thêm: Thế nào là sự dẫn điện? Ứng dụng của sự dẫn điện bạn cần biết

III. Điện tích định luật Cu lông

Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích độ lớn của các điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

F = k (|q1.q2|/r²)

Trong đó:

• k: là hệ số tỉ lệ

• F: đơn vị niutơn (N)

• q1, q2: là những Q điểm, đơn vị Cu lông (C)

• r²: đơn vị đo (mét)

Bằng cách áp dụng Định luật Cu lông, chúng ta có thể xác định một cách định lượng độ lớn của lực điện giữa các điện tích và thu được những hiểu biết có giá trị về tương tác của chúng. Nguyên lý cơ bản này có ý nghĩa to lớn trong lĩnh vực điện từ và cho phép chúng ta phân tích các hiện tượng điện khác nhau.

IV. Tính chất cơ bản của điện tích

1. Điện tích tồn tại ở mọi nơi

Điện tích tồn tại ở mọi nơi và đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các khía cạnh của vật lý. Từ nguyên tử và phân tử cho đến các hiện tượng lớn hơn như tạo ra sao và hoạt động của vũ trụ, điện tích đều có mặt và ảnh hưởng đến các quá trình tự nhiên.

Trong nguyên tử, các electron mang điện tích âm xoay quanh hạt nhân, gồm các proton và neutron, mang điện tích dương. Mối tương tác giữa các điện tích này tạo ra cấu trúc vật lý của nguyên tử, quyết định tính chất hóa học và vật lý của các nguyên tố và hợp chất.

Ở cấp độ lớn hơn, điện tích đóng vai trò quan trọng trong các hiện tượng như sự phản ứng điện từ giữa các đám mây và đất, tạo ra sét, hoặc trong hiện tượng nền của vũ trụ như cảm biến từ trường của các ngôi sao và các hành tinh. Thậm chí, cả con người và động vật cũng tồn tại trong môi trường được điều chỉnh bởi các tương tác điện tích.

2. Tính chất bảo tồn năng lượng

Một trong những tính chất cơ bản nhất của điện tích là tính chất bảo tồn năng lượng. Điện tích không thể được tạo ra hoặc tiêu hủy mà chỉ có thể được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác. Khi hai vật thể có điện tích trái dấu tiếp xúc với nhau, năng lượng có thể được tạo ra hoặc tiêu hao trong quá trình làm thay đổi vị trí của chúng. Điều này phản ánh sự bảo toàn năng lượng trong hệ thống và làm nền tảng cho nhiều hiện tượng vật lý quan trọng như cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử và tạo ra sự hoạt động của hệ thống điện từ trong cơ thể con người.

3. Định lượng điện tích

Định lượng điện tích là quá trình xác định số lượng điện tích tồn tại trong một vật hoặc một hệ thống. Các phương pháp định lượng điện tích thường bao gồm việc sử dụng các thiết bị đo như điện kế hoặc cân điện tử. Trong các phép đo này, điện tích thường được tạo ra bằng cách chuyển động các electron qua một đoạn dây dẫn điện, và đo lường sự tương tác điện từ mà điện tích này tạo ra. Sự chính xác của quá trình định lượng điện tích phụ thuộc vào độ chính xác của thiết bị đo và các điều kiện môi trường trong quá trình thí nghiệm.

V. Tương tác điện tích

1. Tương tác giữa hai điện tích

Tương tác giữa hai điện tích là hiện tượng phổ biến nhất và được mô tả bởi định luật Cu lông. Theo định luật này, lực tương tác giữa hai điện tích có độ lớn tỉ lệ thuận với tích của chúng và nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Điều này có nghĩa là hai điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau ra xa, trong khi hai điện tích trái dấu sẽ hút nhau lại gần nhau.

2. Tương tác giữa điện tích và điện

Khi một vật chứa điện tích di chuyển qua một vùng có dòng điện, nó có thể tương tác với dòng điện này. Điện tích có thể tạo ra một lực từ lên các dây dẫn điện và đặc biệt quan trọng trong việc tạo ra các thiết bị điện tử như máy phát điện và máy biến áp.

3. Tương tác giữa điện tích và từ

Khi một vật chứa điện tích di chuyển trong một vùng có từ trường, nó cũng có thể tương tác với từ trường này. Điện tích di chuyển tạo ra một lực từ lên nó, được biết đến như lực Lorentz, và có thể gây ra các hiện tượng như động điện từ và động từ.

4. Tương tác giữa điện tích cùng với điện và từ

Trong một số trường hợp, tương tác giữa điện tích không chỉ xảy ra độc lập mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh và các điều kiện ngoại lai như dòng điện và từ trường. Ví dụ, trong một dây dẫn điện có dòng điện chạy qua, điện tích trên bề mặt của dây có thể tương tác với cả dòng điện và từ trường mà dòng điện này tạo ra, dẫn đến hiện tượng như hiệu ứng skin và ảnh hưởng đến tổng trở điện của dây.

Hy vọng rằng bài viết trên của Bigmart đã mang lại cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về điện tích - một khía cạnh quan trọng của vũ trụ mà chúng ta sống. Bằng cách hiểu biết về điện tích, chúng ta có thể khám phá và ứng dụng những nguyên lý vật lý cơ bản vào cuộc sống hàng ngày và cả vào lĩnh vực công nghệ.

>>> Xem thêm:

• Mạch điện là gì, các loại mạch điện và những lưu ý khi sử dụng

• [Hỏi - Đáp] Ampe là gì? Quy đổi đơn vị Ampe và công dụng Ampe kế