1. Thuyết êlectron:
1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện:
Nguyên tử 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 proton mang điện tích dương.
– Êlectron có điện tích là e = – 1,6.10-19C và khối lượng là me = 9,1.10-31kg.
– Proton có điện tích là q = +1,6.10-19C và khối lượng là mp = 1,6.10-27kg.
– Notron không mang điện tích và có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng của proton.
Điện tích của êlectron và điện tích của proton là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được. Vì vậy ta gọi chúng là những điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).
Số proton trong hạt nhân bằng số êlectron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn điện tích âm của êlectron nên nguyên tử trung hòa về điện
1.2. Thuyết êlectron:
Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện gọi là thuyết electron.
Thuyết eletron có nội dung như sau:
– Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.
– Như vậy, vật nhiễm điện âm nếu: số electron > số proton; vật nhiễm điện dương nếu: số electron < số proton
– Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.
– Sự cư trú và di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng về điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.
Thuyết electron giải thích các hiện tượng điện và tính chất điện của các vật dựa trên sự lưu giữ và chuyển động của các electron.
2. Vận dụng thuyết electoron:
2.1. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện:
– 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.
– Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chứa các điện tích tự do.
Ví dụ: Kim loại dẫn điện nên có chứa các electron tự do, các dung dịch axit, bazo, muối … có chứa các ion tự do. Chúng đều là các chất dẫn điện.
– Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do.
Ví dụ: Không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, nhựa, … Chúng đều là những chất cách điện.
2.2. Nhiễm điện do cọ xát:
Khi hai vật cọ xát vào nhau thì xảy ra sự truyền điện tích, một trong số chúng bị mất electron trong khi vật còn lại nhận được các electron. Vật nhường bớt electron nhiễm điện dương, vật nhận electron nhiễm điện âm. Cả hai vật đều được tích điện do ma sát và phương pháp tích điện này thường được gọi là điện khí hóa do cọ xát.
Ví dụ nhiễm điện do cọ xát: cánh quạt cọ xát với không khí nên nhiễm điện và hút các hạt bụi.
2.3. Sự nhiễm điện do tiếp xúc:
Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì điện tích sẽ di chuyển từ vật nhiễm điện sang vật chưa nhiễm điện dẫn đến cả hai vật nhiễm điện cùng dấu. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc.
Ví dụ thường thấy là thanh sắt trung hòa về điện, nếu đặt gần quả cầu nhôm nhiễm điện âm sẽ bị đẩy ra xa.
2.4. Sự nhiễm điện do hưởng ứng:
Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa 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 MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng (hay hiện tượng cảm ứng tĩnh điện).
Tóm lại nhiễm điện do hưởng ứng là : Đưa một vật nhiễm điện lai gần nhưng không chạm vào vật dẫn khác trung hòa về điện. Kết quả là hai đầu của vật dẫn bị nhiễm điện trái dấu. Đầu của vật dẫn ở gần vật nhiễm điện thì mang điện tích trái dấu với vật nhiễm điện.
2.5. Giải thích các hiện tượng nhiễm điện:
Sự nhiễm điện do cọ xát: Khi hai vật cọ xát, electron dịch chuyển từ vật này sang vật khác, dẫn tới một vật thừa electron và nhiễm điện âm, còn một vật thiếu electron và nhiễm điện dương.
Sự nhiễm điện do tiếp xúc: Khi vật không mang điện tiếp xúc với vật mang điện, thì electron có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác làm cho vật không mang điện khi trước cũng bị nhiễm điện theo.
Sự nhiễm điện do hưởng ứng: Khi một vật bằng kim loại được đặt gần một vật đã nhiễm điện, các điện tích ở vật nhiễm điện sẽ hút hoặc đẩy electron tự do trong vật bằng kim loại làm cho một đầu của vật này thừa electron, một đầu thiếu electron. Do vậy, hai đầu của vật bị nhiễm điên trái dấu.
3. Định luật bảo toàn điện tích:
Định luật bảo toàn điện tích phát biểu rằng rằng điện tích ròng của một hệ cô lập sẽ luôn không đổi. Hệ cô lập về điện là hệ vật không có trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ.
Nội dung định luật: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.
Một trạng thái lý tưởng khác là điện tích ròng của hệ thống được phân bố đồng đều trong các vật thể. Vì vậy, thay vì tập trung điện tích âm vào một vài vật thể, điện tích trên vật thể được phân bố đều khắp nhờ sự chuyển dịch của electron và điều này có thể đạt được bằng cách chuyển các electron từ cực cao hơn sang cực thấp hơn. Chỉ các electron mới có thể tham gia vào các điện tích chuyển, proton thì không thể.
4. Bài tập vận dụng:
Câu 1. Hãy vận dụng thuyết electron để giải thích hiện tượng nhiễm điện dương của thanh thủy tinh khi cọ xát vào dạ, cho rằng trong hiện tượng này chỉ có electron có thể di chuyển từ vật nọ sang vật kia.
Hướng dẫn:
Khi đưa thanh thủy tinh cọ xát vào tâm dạ thì có những điểm tiếp xúc giữa thủy tinh và dạ. Ở những điểm đó có một số electron từ thủy tinh di chuyển Sang dạ. Kết quả là thanh thủy tinh nhiễm điện dương, mảnh dạ nhiễm điện âm.
Câu 2. Hãy nêu một định nghĩa khác về vật dẫn điện và vật cách điện.
Hướng dẫn:
Vật dẫn điện là vật cho dòng điện chạy qua, còn vật cách điện là vật không cho dòng điện chạy qua.
Câu 3. Chân không dẫn điện hay cách điện? Tại sao?
Hướng dẫn:
Chân không cách điện vì trong chân không không có hạt mang điện.
Câu 4. Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương.
Hướng dẫn:
Khi quả cầu A (trung hòa điện) tiếp xúc với vật B (nhiễm điện dương), thì một số electron tự do tư quả cầu A sẽ truyền sang vật B. Kết quả là quả cầu A trở thành thiếu electron và nhiễm điện dương.
Câu 5. Hãy vận dụng thuyết electron để giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. Biết rằng trong kim loại có electron tự do.
Hướng dẫn:
Thanh kim loai A đặt gần quả cầu B nhiễm điện (âm chẳng han), thì các electron tự do trong thanh kim loại bị đẩy ra xa quả cầu. Do đó đầu thanh kim loại xa quả cầu hơn thừa electron, đầu đó nhiễm điện âm. Đầu thanh kim loại gần quả cầu hơn thiếu electron , đầu đó nhiễm điện dương. Thanh kim loại đặt gần quả cầu nhiễm điện dương thì electron tự do trong thanh kim loại bị hút lại gần quả cầu. Do đó đầu thanh ở gần quả cầu nhiễm điện âm, đầu kia nhiễm điện dương,
Câu 6. Trình bày nội dung của thuyết electron cổ điển.
Hướng dẫn:
Electron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương. Ngược lại, một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để trở thành một hạt mang điện âm và được gọi là ion âm.
Sự cư trú hay di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.
Câu 7. Giải thích hiện tượng nhiễm điện dương của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết electron.
Hướng dẫn:
Khi quả cầu kim loại trung hòa điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện dương thì một phần trong sô electron ở quả cầu truyền sang thanh kim loại. Vì thế quả cầu kim loại cũng thiếu electron nên nó nhiễm điện dương.
Câu 8. Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trấn, mặc dù cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh.
Hướng dẫn:
Cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh nên chúng cọ xát với không khí và bị nhiễm điện. Khi cánh quạt bị nhiễm điện, nó có thể hút các vật nhẹ như bụi chẳng hạn, do đó có hiện tượng bụi bám nhiều trên cánh quạt.
Câu 9. Phát biểu định luật 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.
Hướng dẫn:
Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ vật cô lập về điện thì tổng đại số của các điện tích dương và âm là không đổi.
Khi cho một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm thì sau khi tách ra, hai quả cầu sẽ nhiễm điện cùng dấu (cùng dấu với quả cầu có điện tích lớn hơn).
Giải thích: Giả sử trước khi tiếp xúc, quả cầu A tích điện dương (q1) và quả cầu B tích điện âm (-q2) với q1 > |q2|. Tổng đại số các điện tích là q1 – q2 = q > 0.
Trong quá trình tiếp xúc, có sự dịch chuyển electron từ quả cầu N sang qua cầu A. Sau khi tách chúng ra, các quả cầu mang điện tích dương q’1 và q’2 với q’1 + q’2 = q.
Câu 10. Chọn câu đúng. Đưa một quả cầu tích điện Q lại gần một 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:
A. M tiếp tục bị hút dính vào Q.
B. M rời Q và vẫn bị hút lệch về phía Q.
C. M rời Q về vị trí thẳng đứng.
D. M bị đẩy lệch về phía bên kia.
Hướng dẫn:
Chọn D. M bị đẩy lệch về phía bên kia. Do sau khi tiếp xúc, hai quả cầu nhiễm điện cùng dấu
