Vật nhiễm điện (còn gọi là vật mang điện tích) là vật có khả năng hút các vật nhẹ khác hoặc làm lóe sáng bóng đèn bút thử điện. Chỉ cần cọ xát thước nhựa vào mảnh vải khô hay vào tóc, thước đã hút được các mẩu giấy vụn, đó là cách đơn giản nhất để làm vật nhiễm điện. Ngoài cọ xát, vật còn có thể nhiễm điện do tiếp xúc hoặc do hưởng ứng. Kiến thức này nằm trong chương trình Vật lý 7 (cũ) và Khoa học tự nhiên 8, là nền tảng để học về điện tích, dòng điện và điện trường. Dưới đây là khái niệm, 3 cách làm vật nhiễm điện, giải thích bằng electron, ví dụ đời sống và bài tập có lời giải.
Thế nào là vật nhiễm điện?
Vật nhiễm điện là vật mang điện tích, thể hiện qua khả năng hút các vật nhẹ khác. Nhiều vật như thước nhựa, đũa thủy tinh, mảnh nilon, sau khi cọ xát đều có khả năng này. Vật nhiễm điện còn có thể làm lóe sáng bóng đèn của bút thử điện khi chạm vào.
Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (−). Theo quy ước, điện tích của thanh thủy tinh cọ xát vào lụa là điện tích dương, điện tích của thanh nhựa cọ xát vào vải khô là điện tích âm.
| Khái niệm | Nội dung |
|---|---|
| Vật nhiễm điện | Vật có khả năng hút các vật nhẹ khác, hoặc làm sáng bóng đèn bút thử điện |
| Hai loại điện tích | Điện tích dương (+) và điện tích âm (−) |
| Tương tác | Cùng loại thì đẩy nhau, khác loại thì hút nhau |
| Nhiễm điện âm | Vật nhận thêm electron |
| Nhiễm điện dương | Vật mất bớt electron |
Có thể làm vật nhiễm điện bằng cách nào?
Có 3 cách làm vật nhiễm điện: cọ xát, tiếp xúc và hưởng ứng. Cả ba cách đều dựa trên cùng một bản chất là sự dịch chuyển electron, chỉ khác nhau ở cách electron di chuyển.
1. Nhiễm điện do cọ xát
Khi cọ xát hai vật làm từ hai chất khác nhau, electron dịch chuyển từ vật này sang vật kia. Sau khi cọ xát, hai vật nhiễm điện trái dấu và có độ lớn điện tích bằng nhau.
- Cọ xát thước nhựa vào vải khô: thước nhựa nhiễm điện âm.
- Cọ xát đũa thủy tinh vào lụa: đũa thủy tinh nhiễm điện dương.
- Chải tóc khô bằng lược nhựa: lược và tóc nhiễm điện trái dấu.
2. Nhiễm điện do tiếp xúc
Cho một vật chưa nhiễm điện chạm vào vật đã nhiễm điện, một phần điện tích truyền sang vật kia. Kết quả là vật được chạm nhiễm điện cùng dấu với vật nhiễm điện ban đầu. Ví dụ: chạm quả cầu kim loại trung hòa vào thanh nhựa nhiễm điện âm, một số electron từ thanh nhựa chuyển sang quả cầu nên quả cầu cũng nhiễm điện âm.
3. Nhiễm điện do hưởng ứng
Đưa một vật dẫn chưa nhiễm điện lại gần (không chạm) vật nhiễm điện, các electron tự do trong vật dẫn bị hút lại gần hoặc bị đẩy ra xa. Đầu gần vật nhiễm điện sẽ nhiễm điện trái dấu, đầu xa nhiễm điện cùng dấu. Tổng điện tích của vật dẫn vẫn bằng 0; khi đưa vật nhiễm điện ra xa, vật dẫn trở lại trung hòa.
| Cách nhiễm điện | Có chạm nhau không? | Dấu điện tích thu được | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Cọ xát | Có, cọ xát nhiều lần | Hai vật trái dấu nhau | Thước nhựa cọ vào vải khô |
| Tiếp xúc | Có, chạm vào vật đã nhiễm điện | Cùng dấu với vật nhiễm điện | Quả cầu kim loại chạm thanh nhựa nhiễm điện |
| Hưởng ứng | Không, chỉ đặt lại gần | Hai đầu vật dẫn trái dấu nhau, tổng vẫn bằng 0 | Thanh kim loại đặt gần quả cầu nhiễm điện |
Vì sao vật bị nhiễm điện?
Vật nhiễm điện vì electron dịch chuyển từ vật này sang vật khác hoặc từ phần này sang phần khác của vật. Mọi vật đều được cấu tạo từ nguyên tử, gồm hạt nhân mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh. Bình thường, tổng điện tích âm của electron bằng tổng điện tích dương của hạt nhân nên nguyên tử trung hòa về điện. Bạn có thể tìm hiểu kỹ hơn trong bài nguyên tử là gì và cách electron sắp xếp ở bài cấu hình electron.
Khi cọ xát, một số electron ở lớp ngoài bứt ra khỏi nguyên tử của vật này và chuyển sang vật kia:
- Vật nhận thêm electron sẽ nhiễm điện âm.
- Vật mất bớt electron sẽ nhiễm điện dương.
- Hạt nhân nằm cố định, không di chuyển giữa các vật.
Ví dụ: cọ xát đũa thủy tinh vào lụa, đũa thủy tinh mất electron nên nhiễm điện dương; lụa nhận electron nên nhiễm điện âm. Tổng điện tích của hệ hai vật trước và sau cọ xát không đổi, đây chính là nội dung của định luật bảo toàn điện tích.
Cách nhận biết vật nhiễm điện
Cách dễ nhất để nhận biết vật nhiễm điện là thử xem vật có hút các vật nhẹ hay không.
- Đưa vật lại gần giấy vụn, sợi tóc, mẩu xốp: hút được thì vật đã nhiễm điện.
- Chạm vật vào đầu bút thử điện: bóng đèn lóe sáng thì vật đã nhiễm điện.
- Đưa hai vật nhiễm điện lại gần: đẩy nhau là cùng loại, hút nhau là khác loại.
- Dùng điện nghiệm: hai lá kim loại xòe ra khi chạm vật nhiễm điện.
Lưu ý: vật nhiễm điện hút được cả vật chưa nhiễm điện (do hưởng ứng), nên “hút nhau” chưa đủ để kết luận hai vật nhiễm điện khác loại. Chỉ hiện tượng đẩy nhau mới chắc chắn hai vật cùng nhiễm điện và cùng loại.
Hiện tượng nhiễm điện trong đời sống
Hiện tượng nhiễm điện xuất hiện quanh ta hằng ngày, đặc biệt rõ vào những ngày thời tiết hanh khô.
- Chải tóc khô bằng lược nhựa, tóc dựng lên và bám vào lược.
- Cởi áo len vào mùa hanh khô có thể nghe tiếng lách tách nhỏ.
- Chạm tay nắm cửa kim loại sau khi đi trên thảm có thể bị giật nhẹ.
- Màn hình tivi, cánh quạt điện hay bám bụi do nhiễm điện hút bụi.
- Sét là hiện tượng phóng điện giữa các đám mây nhiễm điện hoặc giữa mây và mặt đất.
Hiện tượng này cũng được ứng dụng trong kỹ thuật: máy lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy, công nghệ sơn tĩnh điện giúp lớp sơn bám đều, máy photocopy và máy in laser dùng trống nhiễm điện để hút mực. Ngược lại, xe chở xăng thường có dây xích kéo chạm đất để điện tích thoát xuống đất, tránh tia lửa điện gây cháy.
Khi các điện tích dịch chuyển có hướng sẽ tạo thành dòng điện, bạn có thể đọc thêm bài dòng điện là gì. Vật liệu cho electron di chuyển dễ hay khó được phân loại trong bài chất dẫn điện và chất cách điện, còn vùng không gian quanh vật nhiễm điện được giải thích ở bài điện trường là gì.
Bài tập về vật nhiễm điện có lời giải
Các bài tập dưới đây giúp bạn ôn tập từ mức nhận biết đến vận dụng. Điện tích của một electron là e = −1,6.10−19 C.
Bài 1. Cọ xát thanh nhựa vào mảnh len, thanh nhựa nhiễm điện âm. Hỏi mảnh len nhiễm điện gì? Electron dịch chuyển theo chiều nào?
Lời giải: Thanh nhựa nhiễm điện âm tức là đã nhận thêm electron. Electron đó đến từ mảnh len, nên mảnh len mất electron và nhiễm điện dương. Electron dịch chuyển từ mảnh len sang thanh nhựa.
Bài 2. Có 4 vật A, B, C, D nhiễm điện. A hút B, B đẩy C, C hút D. Biết D nhiễm điện dương. Xác định dấu điện tích của A, B, C.
Lời giải: C hút D mà D dương nên C âm. B đẩy C nên B cùng dấu với C, tức B âm. A hút B nên A trái dấu với B, tức A dương. Đáp số: A dương, B âm, C âm.
Bài 3. Một vật trung hòa về điện nhận thêm 5.1012 electron. Tính điện tích của vật.
Lời giải: q = n.e = 5.1012 × (−1,6.10−19) = −8.10−7 C = −0,8 μC. Vật nhiễm điện âm với điện tích −0,8 μC.
Bài 4. Một quả cầu kim loại mang điện tích +3,2.10−9 C. Quả cầu thừa hay thiếu bao nhiêu electron?
Lời giải: Điện tích dương nên quả cầu thiếu electron. Số electron thiếu: n = q/|e| = 3,2.10−9 / 1,6.10−19 = 2.1010 electron.
Bài 5 (nâng cao). Hai quả cầu kim loại giống hệt nhau mang điện tích q1 = +6 nC và q2 = −2 nC. Cho chúng chạm nhau rồi tách ra. Tính điện tích mỗi quả cầu.
Lời giải: Theo định luật bảo toàn điện tích, tổng điện tích không đổi: q1 + q2 = +4 nC. Hai quả cầu giống hệt nhau nên điện tích chia đều: mỗi quả mang (+6 − 2)/2 = +2 nC. Đây là ví dụ của nhiễm điện do tiếp xúc.
Câu hỏi thường gặp
Thế nào là vật nhiễm điện?
Vật nhiễm điện (vật mang điện tích) là vật có khả năng hút các vật nhẹ khác như giấy vụn, sợi tóc, hoặc làm lóe sáng bóng đèn bút thử điện.
Có mấy cách làm vật nhiễm điện?
Có 3 cách: nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc với vật đã nhiễm điện và nhiễm điện do hưởng ứng khi đặt vật dẫn lại gần vật nhiễm điện.
Khi nào vật nhiễm điện âm, khi nào nhiễm điện dương?
Vật nhận thêm electron thì nhiễm điện âm; vật mất bớt electron thì nhiễm điện dương. Hạt nhân nguyên tử không di chuyển khi vật nhiễm điện.
Hai vật nhiễm điện tương tác với nhau thế nào?
Hai vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau, hai vật nhiễm điện khác loại thì hút nhau.
Vì sao chải tóc khô bằng lược nhựa thì tóc bị hút theo lược?
Khi chải, lược nhựa cọ xát với tóc nên electron dịch chuyển giữa hai vật. Lược và tóc nhiễm điện trái dấu nên hút nhau, các sợi tóc cùng dấu còn đẩy nhau làm tóc xòe ra.
Vì sao mùa hanh khô dễ bị giật nhẹ khi chạm tay nắm cửa?
Không khí khô dẫn điện kém nên điện tích tích tụ trên cơ thể và quần áo khó thoát đi. Khi chạm vào vật kim loại, điện tích phóng qua rất nhanh tạo cảm giác tê nhẹ.
Kết luận
Vật nhiễm điện là vật có khả năng hút các vật nhẹ khác, có thể tạo ra bằng 3 cách: cọ xát, tiếp xúc hoặc hưởng ứng. Bản chất của mọi cách đều là sự dịch chuyển electron: nhận thêm electron thì nhiễm điện âm, mất electron thì nhiễm điện dương, còn tổng điện tích của hệ luôn được bảo toàn. Bạn hãy thử ngay thí nghiệm thước nhựa và giấy vụn, rồi luyện thêm các bài tập trên để nắm chắc kiến thức trước khi học sang phần dòng điện.
