AP Physics 1 Review of Charge and Circuit | Physics | Khan Academy

Điện tích là một đặc tính

mà một số, nhưng không phải tất
cả các hạt cơ bản có trong tự nhiên

Các hạt được đề cập

đến nhiều nhất về điện tích là electron,

chúng quay quanh bên ngoài của nguyên tử.

Electron mang điện tích âm.

Ngoài ra còn có proton, chúng nằm

bên trong hạt nhân và
mang điện tích dương.

Các nơtron bên trong hạt nhân

không mang điện tích.

Hóa ra tất cả các hạt mang điện cơ bản

trong vũ trụ đều có điện tích là

bội số nguyên của điện tích sơ cấp.

Vì vậy, nếu bạn tìm thấy một hạt trong tự nhiên,

điện tích của nó sẽ là một lần số này,

hai lần số này, ba lần số này,

và có thể dương hoặc âm.

Ví dụ, electron có điện tích -1,6

lần 10 mũ trừ 19 Culông,

và điện tích của proton là 1,6

lần 10 mũ trừ 19 Culông,

Tuy nhiên, hầu hết các nguyên tử trong vũ trụ

nhìn chung đều trung hòa về điện,

vì chúng sẽ có cùng số electron âm

như số proton dương.

Nhưng nếu một nguyên tử
có quá nhiều electron,

tổng thể nguyên tử đó
sẽ mang điện tích âm,

và nếu một nguyên tử
thiếu quá nhiều electron,

tổng thể nguyên tử đó
sẽ mang điện tích dương.

Và điều thực sự quan trọng cần nhớ là

điện tích luôn được bảo toàn

trong mọi quá trình. Nói cách khác,

tổng điện tích ban đầu, sẽ bằng

tổng điện tích cuối cùng sau
bất kỳ quá trình nào.

Vậy một bài toán ví dụ liên quan

đến điện tích sẽ trông như thế nào?

Giả sử ba quả cầu kim loại có
kích thước giống hệt nhau

ban đầu có các
điện tích như dưới đây.

5 Q, 3 Q và -2 Q.

Nếu chúng ta chạm quả cầu X
vào quả cầu Y, rồi tách chúng ra,

sau đó chạm quả cầu Y vào
quả cầu Z, rồi tách chúng ra,

thì điện tích cuối cùng trên
mỗi quả cầu sẽ là bao nhiêu?

Được rồi, trước tiên, khi chúng ta chạm X vào Y,

tổng điện tích đã được bảo toàn.

Tổng điện tích của cả ba quả cầu là 8 Q,

và vì chúng có kích thước giống hệt nhau

chúng sẽ cùng chia sẻ tổng điện tích đó

điều này có nghĩa là sau khi chạm nhau

cả hai quả cầu X và Y đều sẽ mang điện tích dương 4 Q.

Nếu một trong những quả cầu lớn hơn,

nó sẽ nhận được nhiều điện tích hơn,

nhưng tổng điện tích vẫn được bảo toàn.

Bây giờ, khi quả cầu Y chạm vào quả cầu Z,

tổng điện tích của chúng tại thời điểm đó

sẽ là 4 Q cộng với -2 Q,

bằng 2 Q.

Chúng sẽ chia đều điện tích
này, vì vậy quả cầu Y sẽ

mang điện tích dương Q, và quả
cầu Z cũng sẽ mang điện tích dương Q.

Do đó, câu trả lời ở đây là C.

Trái dấu thì hút nhau,
cùng dấu thì đẩy nhau,

Định luật Culông giúp bạn xác định

độ lớn của lực điện giữa hai điện tích.

Công thức của Định luật Culông nói rằng

độ lớn của lực điện giữa hai điện tích

Q1 và Q2 bằng

hằng số điện K, bằng 9 nhân 10 mũ 9,

nhân tích của hai điện tích,
được đo bằng đơn vị Culông

chia cho bình phương khoảng cách

giữa tâm của hai điện tích
đó, bình phương nhé.

Bạn không thể quên bình phương khoảng cách đâu nhé.

Khoảng cách này phải được đo theo mét

để lực thu được có đơn
vị Newton theo hệ SI.

Cũng lưu ý rằng, dấu âm và
dấu dương của điện tích

không cho biết hướng của lực,

mà chỉ đơn giản là nhớ rằng các điện tích trái dấu hút nhau

cùng dấu thì đẩy nhau, và
dùng Định luật Culông

để tính độ lớn của lực.

Vậy một bài toán ví dụ liên quan đến

Định luật Culông sẽ như thế nào?

Giả sử hai điện tích tác dụng lên nhau

một lực điện có độ lớn là F.

Độ lớn của lực điện mới sẽ là bao nhiêu

nếu khoảng cách giữa các
điện tích tăng gấp ba lần

và độ lớn của một trong
các điện tích tăng gấp đôi?

Biết rằng công thức của Định luật Culông

nói rằng lực giữa hai điện tích bằng

hằng số điện nhân với một điện tích,

nhân với điện tích còn lại, chia cho

bình phương khoảng cách giữa chúng, và giờ nếu như chúng ta tăng gấp ba khoảng cách

và tăng gấp đôi một điện
tích, thì lực điện mới

sẽ bằng hằng số điện nhân với
một trong các điện tích,

nhân với hai lần một trong các điện tích,

chia cho ba lần khoảng cách, tất cả bình phương.

Vậy, tôi sẽ có một thừa số 2 ở tử số,

và thừa số 3 sẽ bình phương lên,

dẫn đến thừa số 9 ở mẫu số.

Nếu tính toán các thừa số
này, ta thấy lực mới

sẽ bằng hai phần chín nhân với K, Q1, Q2,

chia D bình phương, nhưng toàn bộ

biểu thức này chính xác bằng
lực cũ F, do đó lực mới

sẽ bằng hai phần chín của lực cũ.

Dòng điện (ký hiệu I) cho
biết lượng Culông điện tích

chạy qua một điểm trên dây dẫn mỗi giây.

Nghĩa là nếu bạn quan sát một điểm trên dây dẫn,

và đếm xem có bao nhiêu Culông điện tích

đi qua điểm đó mỗi giây,
thì đó chính là dòng điện.

Hoặc dưới dạng phương trình, dòng điện I

bằng lượng điện tích chạy qua

một điểm trên dây dẫn theo thời gian.

Điều này cho ta biết đơn
vị của I là Culông trên giây,

được viết tắt là Ampe.

Vì điện tích và thời gian không phải đại lượng vectơ,

nên dòng điện cũng không phải đại lượng vectơ.

Một điều hơi lạ

là cái gọi là hướng quy ước của dòng điện

sẽ là hướng mà các điện tích dương di chuyển trong dây dẫn.

Tuy nhiên, trên thực tế các điện tích dương không di chuyển trong dây dẫn.

Điện tích duy nhất thực sự di chuyển

trong dây dẫn là điện
tích âm, nhưng hóa ra

việc điện tích âm di chuyển
sang trái về mặt vật lý

thì giống hệt như điện tích
dương di chuyển sang phải.

Vì vậy, trong các bài toán
vật lý, chúng ta giả vờ

như thể các điện tích
dương đang di chuyển,

nhưng thực sự thì các electron, mang điện tích âm,

mới là những hạt di chuyển trong dây dẫn.

Một ví dụ về bài toán liên quan

đến dòng điện thì sẽ như thế nào?

Giả sử có một dòng điện 3 Ampe chạy trong mạch.

Hỏi lượng điện tích đi qua
một điểm trên dây dẫn đó

trong khoảng thời gian
5 phút là bao nhiêu?

Chúng ta đã biết định nghĩa về dòng điện

là lượng điện tích trên một đơn vị thời gian, điều này có nghĩa là điện tích

sẽ bằng lượng dòng
điện nhân với thời gian,

vì vậy chúng ta lấy dòng điện là 3 ampe,

và nhân với thời gian, nhưng chúng ta không thể

nhân với 5 vì đơn vị là phút,

vì ampe là Culông trên giây,

chúng ta phải đổi 5 phút thành giây,

sẽ là 5 phút, nhân
với 60 giây cho mỗi phút

sẽ cho chúng ta tổng điện tích

là 900 Culông.

Điện trở của một linh
kiện trong mạch cho biết

mức độ linh kiện đó hạn chế
dòng điện chạy qua.

Điện trở càng lớn,

dòng điện chạy qua càng ít.

Định luật Ôm định nghĩa
điện trở theo cách này.

Định luật Ôm nói rằng cường độ

dòng điện chạy qua một phần của mạch điện

tỉ lệ thuận với hiệu điện thế

giữa hai đầu phần đó, chia cho điện trở

của phần mạch đó.

Vì vậy, giữa hai điểm này, cường độ

dòng điện sẽ chạy qua, sẽ bằng

hiệu điện thế giữa hai điểm đó,

chia cho điện trở giữa hai điểm đó.

Do đó, điện trở càng lớn thì dòng điện

chạy qua càng ít, nhưng hiệu
điện thế cung cấp càng lớn,

càng lớn thì dòng điện chạy qua càng nhiều.

Và đây là những gì định luật Ôm nói

Mặc dù định luật Ôm
cung cấp cho bạn một cách

để xác định điện trở, bạn
cũng có thể xác định điện trở

của một linh kiện trong mạch bằng cách biết

kích thước và hình dạng của linh kiện đó

Nói cách khác, điện trở của
một điện trở hình trụ,

bằng điện trở suất,

đó là đặc tính tự nhiên
chống lại dòng điện

của vật liệu, nhân với
chiều dài của điện trở,

điện trở càng dài thì điện trở càng lớn

và càng cản trở dòng điện,

rồi chia cho tiết diện ngang của điện trở

vùng này ở ngay đây

nơi dòng điện đi vào
hoặc đi ra khỏi điện trở

Nếu điện trở hình trụ,
diện tích của hình tròn này

sẽ bằng Pi nhân r bình phương,

trong đó r nhỏ là bán
kính của tiết diện này.

Đơn vị của điện trở là Ôm, và nó không phải là một đại lượng vectơ.

Điện trở luôn luôn dương hoặc bằng 0.

Vậy một bài toán ví dụ liên quan đến Định luật Ôm,

hoặc điện trở của điện
trở hình trụ sẽ trông như thế nào?

Giả sử một pin có điện áp V được nối với

một điện trở hình trụ đơn có chiều dài L

và bán kính r nhỏ, và khi đó

dòng điện I đang chạy qua pin.

Điện trở suất Rho của
điện trở đó là bao nhiêu?

Theo Định luật Ôm, dòng điện

chạy qua một phần của mạch sẽ bằng

hiệu điện thế giữa hai đầu phần đó,

chia cho điện trở của phần mạch đó.

Điều này có nghĩa là điện trở của điện trở này sẽ bằng

điện áp của pin chia cho dòng điện.

Để đưa điện trở suất vào phép tính này, chúng ta cần sử dụng

công thức tính điện trở
của điện trở hình trụ,

bằng Rho nhân với L chia cho A.

Biến đổi này cho chúng ta
điện trở của điện trở,

bằng V trên I,

và bây giờ chúng ta có thể giải để tìm điện trở suất Rho.

Kết quả thu được là
V nhân A trên cho I và L

nhưng vì chúng ta được
cung cấp bán kính r nhỏ,

nên chúng ta phải viết diện tích theo bán kính đó

sẽ bằng V nhân Pi, r bình
phương, chia cho I nhân L

đáp án là C.

Khi xử lý các mạch điện
phức tạp với nhiều điện trở,

bạn thường phải giảm các điện trở đó

thành các giá trị điện
trở tương đương nhỏ hơn.

Có hai cách để thực hiện việc này

tìm hai điện trở được mắc
nối tiếp hoặc mắc song song.

Các điện trở được coi là mắc nối tiếp

nếu cùng một dòng điện chạy qua

điện trở thứ nhất cũng chạy qua điện trở thứ hai.

Nếu dòng điện phân nhánh giữa chúng,

thì các điện trở này không còn được coi là mắc nối tiếp

nhưng nếu chúng được mắc nối tiếp, bạn có thể

tìm điện trở tương đương của đoạn dây này

bằng cách chỉ cần cộng
tổng hai điện trở riêng lẻ.