Công của lực điện là gì? Công thức tính

Công của lực điện là gì? Công thức tính công của lực điện là gì? Hãy cùng tìm hiểu qua bài này nhé.

Công của lực điện là gì?

Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là A_MN = qEd. Chúng không phụ thuộc vào hình dáng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi. Công của lực điện bằng độ giảm thế năng của điện tích trong từ trường.

1. Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

Quan sát hình trên ta thấy, khi điện tích q dương (q>0) tại một điểm M trong điện trường đều, chúng sẽ chịu tác dụng của một lực điện F→ = q. E→.

Lực F→ không đổi, có:

Phương song song với các đường sức điện.

Chiều hướng từ bản dương sang bản âm.

Độ lớn là F = q.E.

2. Công của lực điện trong điện trường đều

Quan sát hình ảnh dưới đây, ta thấy

Khi điện tích q di chuyển theo đường thẳng MN cùng các đường sức điện tạo một góc

α, với MN = s. Từ đó ta có công của lực điện sẽ bằng A_MN = F→.s→ = F.s.cosα.

Với F = qE và cos α = d thì : A_MN = qEd.

Trong đó góc α là góc giữa lực F→ và độ dời s→, d là hình chiếu của độ dời s→ trên một đơn vị đường sức điện. Từ đó có hai trường hợp:

• Nếu α < 90⁰thì cosα >0, do đó d > 0 và A_MN > 0.
• Nếu α > 90⁰thif cosα < 0, do đó d < 0 và A_MN < 0.

Khi điện tích q di chuyển theo đường gấp khúc MPN, ta có:

A_MPN = Fs₁.cosα₁ + Fs₂cosα_2.

Với: s₁.cosα₁ + s₂cosα₂ = d, ta lại có A_MPN  = qEd. Trong đó:

• d = MH: là độ dài đại số, là khoảng cách của hình chiếu từ điểm đầu đến hình chiếu của điểm cuối của đường đi trên một đường sức điện.
• M: là hình chiếu của điểm đầu đường đi.
• H: là hình chiếu của điểm cuối đường đi.

Từ đó ta có thể thấy:

• Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.
• Lực tĩnh điện là lực thế.
• Trường tĩnh điện là trường thế.

3. Thế năng của một điện tích trong điện trường

Thế năng của một điện tích trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích lên chính điểm đó.

Điện trường đều: chọn mốc thế năng là chiều âm thì thế năng WM = A = q.E.d. Trong đó d là khoảng cách từ M đến thanh âm. Nhưng với trường hợp điện trường do nhiều điện tích gây ra thì bạn nên chọn mốc thế năng ở vô cùng.

4. Sự phụ thuộc của thế năng Wm vào điện tích q

Ta có WM= AM= VM.q

Trong đó

• VM là hệ số tỉ lệ không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đặt điểm M trong điện trường.
• Độ lớn của lực điện luôn tỉ lệ thuận với điện tích q, do đó thế năng của điện tích tại M cũng tỉ lệ thuận với q.

Công của lực điện và độ giảm của thế năng

Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q đặt trong điện trường. Từ đó ta có:

A_MN = W_M – W_N

Công thức tính công của lực điện

1. Công thức tính công của lực điện

Công thức: A_MN = Fd = qE.s cos α = qEd

Trong đó:

• E (V/m): cường độ điện trường.
• q (C): điện tích trong điện trường E.
• d: độ dài hình chiếu của MN trên phương vectơ E→, với chiều dương là chiều là chiều E→.

Chú ý:

• d > 0 khi hình chiếu cùng chiều đường sức
• d < 0 khi hình chiếu ngược chiều đường sức
• d = 0 khi hình chiếu vuông góc chiều đường sức

2. Bài tập về công của lực điện

Bài tập lý thuyết

Câu 1: Công thức xác định công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đều E là A = qEd. d ở đây có nghĩa là gì?

1. Khoảng cách giữa hình chiếu điểm đầu và hình chiếu điểm cuối lên một đường sức.
2. Khoảng cách giữa điểm đầu và điểm cuối.
3. Độ dài đại số của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức.
4. Độ dài đại số của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức, tính theo chiều đường sức điện.

Đáp án: d.

Câu 2: Một điện tích q chuyển động trong điện trường theo một đường cong khép kín. Gọi A là công của lực điện trong chuyển động. Kết luận nào sau đây đúng về A?

1. A > 0 nếu q < 0
2. A > 0 nếu q > 0
3. A = 0
4. A ≠ 0 nếu điện trường không đổi.

Đáp án: c. q nằm trong một đường cong khép kín thì điểm đầu và điểm cuối trùng nhau ⇒ A = 0.

Câu 3: Công của lực điện tác dụng lên một điện tích điểm q khi di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường, thì không phụ thuộc vào yếu tố nào?

1. hình dạng của đường đi.
2. vị trí của các điểm M, N.
3. độ lớn của cường độ điện trường tại các điểm trên đường đi.
4. độ lớn của điện tích q.

Đáp án: a.

Bài tập vận dụng

Câu 1: Khi điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức trong một điện trường đều. Khi quãng đường dịch chuyển tăng 2 lần thì công của lực điện trường sẽ?

1. tăng 2 lần.
2. giảm 2 lần
3. tăng 4 lần.
4. không đổi.

Đáp án: a.

Câu 2: Một điện tích điểm q di chuyển trong điện trường đều E có quỹ đạo là một đường cong khép kín. Gọi chiều dài quỹ đạo là s thì công lực điện trường là?

1. A = 0
2. A = qEs
3. A = qE/s
4. A = 2qEs

Đáp án: a

Bài tập tính toán

Câu 1: Trong một điện trường đều bằng 60000V/m. Điện tích q0 = 4.10-9C trên đoạn thẳng dài 5 cm. Biết góc giữa phương dịch chuyển và đường sức điện trường là α = 60 độ. Xác định công của điện trường trong trường hợp trên?

1. 10-6 J
2. 106 J
3. 10-6 J
4. -6.10-6 J

Đáp án: C. Giải thích: A = qEd = qEs.cosα = 6.10-6 (J).

Câu 2: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích -2μC ngược chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 1m. Xác định công lực điện trong trường hợp trên?

1. 2000 J.
2. – 2000 J.
3. 2 mJ.
4. – 2 mJ.

Đáp án: C. Giải thích: Áp dụng công thức ta có: A = qEd = -2.10-6.1000.(-1) = 2.10-3J = 2 mJ.

>>> Xem thêm: Điện năng tiêu thụ là gì?