Điện trường
Điện trường tách ảnh hưởng của các điện tích nguồn lên không gian khỏi điện tích thử được đặt vào sau đó. Khi đã biết E⃗ tại một điểm, lực lên mọi điện tích q tại điểm ấy được suy ra từ F⃗ = qE⃗.
Điện trường là lực trên một đơn vị điện tích dương
E⃗ = F⃗/q · F⃗ = qE⃗
Ta định nghĩa E⃗ = F⃗/q, tương đương F⃗ = qE⃗. Đơn vị là N·C⁻¹, tương đương V·m⁻¹. Hướng của E⃗ được quy ước là hướng lực lên điện tích thử dương; một điện tích âm chịu lực ngược hướng E⃗. Điện tích thử phải đủ nhỏ để không làm thay đổi đáng kể phân bố điện tích nguồn.
Điện trường của điện tích điểm
E = k|Q|/r²
Ở khoảng cách r từ điện tích điểm Q, độ lớn điện trường là E = k|Q|/r², với k = 8,9875517923 × 10⁹ N·m²·C⁻². Trường hướng ra khỏi Q dương và hướng vào Q âm. Vì phụ thuộc nghịch đảo bình phương, tăng khoảng cách gấp đôi làm E còn một phần tư. Cần giữ cả độ lớn lẫn hướng vì điện trường là vectơ.
Tính điện trường của điện tích điểm
Chồng chất: cộng điện trường theo vectơ
Với nhiều điện tích nguồn, điện trường tổng là E⃗ = E⃗₁ + E⃗₂ + ⋯. Hãy xác định hướng của từng vectơ trước, rồi cộng theo các thành phần. Chỉ khi mọi vectơ cùng nằm trên một đường thẳng mới có thể cộng đại số một chiều với dấu. Đối xứng thường giúp nhận ra ngay các thành phần triệt tiêu nhau.
Cách đọc đường sức điện
Đường sức là cách trực quan hóa điện trường, không phải những sợi vật chất có thật trong không gian. Tiếp tuyến với đường sức tại một điểm cho hướng E⃗. Đường sức đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm hoặc ở vô cực; vùng vẽ dày hơn biểu diễn trường mạnh hơn. Số đường cụ thể là quy ước đồ họa. Hai đường sức không thể cắt nhau vì tại một điểm điện trường chỉ có một hướng.
Điện trường, lực và chuyển động
Điện tích q chịu F⃗ = qE⃗; nếu chỉ có lực điện thì a⃗ = qE⃗/m. Đổi dấu q làm đảo hướng gia tốc. Trong một vật dẫn ở cân bằng tĩnh điện, điện trường bên trong bằng không, điện tích dư nằm trên bề mặt và điện trường ngay bên ngoài vuông góc với bề mặt. Đây là nền tảng của che chắn tĩnh điện.
Ví dụ có lời giải
1. Trường của điện tích điểm
Tìm độ lớn và hướng của E tại điểm cách điện tích +3,0 nC một khoảng 0,20 m.
Lời giải
E = kQ/r² ≈ 674 N·C⁻¹, hướng ra khỏi điện tích dương.
2. Lực lên điện tích âm
Điện tích −2,0 μC nằm trong điện trường đều 300 N·C⁻¹ hướng sang đông. Tìm lực điện.
Lời giải
|F| = |q|E = 6,0 × 10⁻⁴ N; vì q âm nên lực hướng sang tây.
3. Trung điểm giữa hai điện tích dương bằng nhau
Điện trường tại đúng trung điểm của hai điện tích dương bằng nhau là bao nhiêu?
Lời giải
Hai vectơ có cùng độ lớn và ngược chiều nên triệt tiêu: E⃗ = 0. Điều đó không có nghĩa vùng lân cận đều có điện trường bằng không.