Công của lực điện là gì? Khái niệm và công thức tính

Công của lực điện là kiến thức Vật Lý 11 cơ bản mà các em cần hiểu và nắm vững để hiểu về nguyên lý hoạt động của điện tích trong điện trường cũng như giải quyết các bài giải liên quan. Vậy công của lực điện là gì? Công thức tính công của lực điện như thế nào? Cùng Team Marathon Education tìm hiểu kỹ hơn qua bài viết dưới đây.

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 11 Về Thuyết Electron Và Định Luật Bảo Toàn Điện Tích

Lực điện tác dụng lên một điện tích trong điện trường đều 

Điện trường đều là điện trường có các đường sức điện có cường độ bằng nhau, đồng thời song song và cách đều nhau.

Điện tích dương q được đặt trong điện trường đều sẽ chịu tác dụng của lực điện:

\vec{F}=q.\vec{E}

\begin{aligned}
&\small\bull \text{Độ lớn của lực }\vec{F}: F=q.E\\
&\small\bull \text{Lực }\vec{F} \text{ có chiều từ bản dương sang bản âm.}\\
&\small\bull \text{Phương của lực }\vec{F} \text{ song song với các đường sức điện}\\
\end{aligned}

Do đó: Lực F có độ lớn không đổi.

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 11: Điện Tích Và Định Luật Cu-Lông

Công của lực điện là gì?

Công của lực điện làm cho điện tích q dịch chuyển trong điện trường E với một độ dài d. Công thức tính công của lực điện là A= qEd.

Trong đó d là độ dài từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên đường sức từ.

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 11: Điện Năng – Công Suất Điện

Công của lực điện trong điện trường đều

Điện tích Q di chuyển theo đường thẳng MN (MN = s) và hợp với các đường sức điện một góc α như hình vẽ sau. Công của lực điện từ điểm M đến điểm N được xác định bằng công thức A= qEd với d = MH.

Công của lực điện:

A_{MN}=\vec{F}.\vec{s}=F.s.cos\alpha

Với F = qE và cosα = d thì:

A_{MN}=qEd

\begin{aligned}
&\small \text{Trong đó α là góc giữa lực }\vec{F}\text{ và độ dời }\vec{s}, \text{d là hình chiếu của độ dời }\vec{s}.\\
&\small \ \ \bull \text{Nếu }α < 90^0 \text{ thì cosα > 0, do đó d > 0 và }A_{MN} > 0.\\
&\small \ \ \bull \text{Nếu }α > 90^0 \text{ thì cosα < 0, do đó d < 0 và }A_{MN} < 0.\\
\end{aligned}

Điện tích q di chuyển theo đường gấp khúc MPN. Tương tự như trên, ta có:

A_MPN = Fs₁.cosα₁ + Fs₂cosα₂

Với s₁.cosα₁ + s₂cosα₂ = d thì A_MPN = qEd

Từ đó, ta có thể suy ra được công của lực điện trong điện trường đều có các đặc điểm như sau:

• Công của lực điện trong điện trường đều không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu đến điểm cuối
• Lực tính điện chính là lực điện thế
• Trường tĩnh điện là trường thế.

Công của lực điện khi điện tích di chuyển trong một điện trường bất kì

Theo chứng minh thì công của lực điện trong điện trường đều và trong môi trường bất kì đều không phụ thuộc vào hình dạng đường đi giữa điểm đầu M và điểm cuối N mà chỉ phụ thuộc vào vị trí 2 điểm M và N. Đây chính là đặc tính chung của trường tĩnh điện.

>>> Xem thêm: Cường Độ Điện Trường Là Gì? Công Thức Tính Cường Độ Điện Trường

Thế năng của điện tích trong điện trường là gì?

Định nghĩa

Thế năng của điện tích trong điện trường cũng giống như thế năng của vật trong trọng trường. Thế năng này đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện của điện tích q tại thời điểm xét.

Cho một điện tích q dương được đặt trong điện trường đều tại điểm M thì công sẽ được xác định bằng công thức: 

A = qEd = W_M

Trong đó:

• W_M là thế năng của điện tích dương q tại điểm M.
• d là khoảng cách giữa bảng âm và điểm M.

Đối với trường hợp điện tích dương q đặt tại điểm M nằm trong môi trường điện bất kì thì thế năng có thể bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ điểm M ra vô cực. Vì ở vô cực khoảng cách rất xa nên điện trường bằng không và lực điện hết khả năng sinh công. Do đó:

W_M = A_M^∞

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Về Suất Điện Động Cảm Ứng – Định Luật Faraday, Định Luật Len-xơ

Mối quan hệ giữa thế năng WM và điện tích q

Theo công thức thì độ lớn của lực điện tỉ lệ thuận với điện tích q nên thế năng tại M cũng tỷ lệ thuận với điện tích q:

A_M = W_M =V_M.q

Trong đó: V_M là hệ số không phụ thuộc vào điện tích q, đại lượng này phụ thuộc vào vị trí của điểm M nằm trong điện trường.

Mối quan hệ giữa công của lực điện và độ giảm thế năng

Công của lực điện sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường.

Ta có công thức:

A_AN = W_M – W_N

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Trên đây là chia sẻ của Team Marathon Education về kiến thức công của lực điện thuộc chương trình Vật lý lớp 11. Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học trực tuyến nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!