Bài 2. Thuyết electron. Định luật bảo toàn điện tích

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
I- Thuyết electron:
Là thuyết căn cứ vào sự cư trú và dịch chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật.
1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện – Điện tích nguyên tố
a. Cấu tạo hạt nhân
Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là nuclon. Có hại loại nuclon:
▪ Proton (p): mang điện tích nguyên tố dương (+e).
▪ Neutron (n): không mang điện.
b. Cấu tạo nguyên tử
- Nguyên tử có đường kính khoảng 10-10(m) gồm một hạt nhân ở giữa, xung quanh có các electron chuyển động theo những quỹ đạo khác nhau tạo thành lớp vỏ.
– Số proton bên trong hạt nhân bằng số electron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn của điện tích dương của các proton bằng độ lớn điện tích âm của các electron, do đó bình thường nguyên tử trung hòa về điện.
c. Điện tích nguyên tố
– Vật chất đựơc cấu tạo từ những hạt nhỏ bé, riêng biệt được gọi là nguyên tử, phân tử hay gọi chung là các hạt sơ cấp.
– Điện tích mà các hạt sơ cấp mang được gọi là điện tích nhỏ nhất tồn tại trong tự nhiên gọi là điện tích nguyên tố, có độ lớn q=1,6.10-19(C).
– Điện tích của một vật là một số nguyên lần điện tích nguyên tố:
Q = n.q (n là số hạt)
– Ví dụ: Một vật mang điện có thể có điện tích Q=3,2.10-8C (vì hạt mang điện số nguyên) nhưng không thể mang điện tích Q=1,8.10-7C.
▪ Electron: là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố âm.
+ Điện tích của electron: qe = -1,6.10-19C.
+ Khối lượng của electron: me=9,1.10-31kg.
▪ Proton: là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố dương.
+ Điện tích của proton: qp = +1,6.10-19C.
+ Khối lượng của proton: mp = 1,67.10-27kg.
2. Thuyết electron
– Electron có thể di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.
▪ Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành hạt mang điện dương gọi là ion dương.
– Ví dụ: Nguyên tử Natri bị mất một electron sẽ trở thành ion Na+.
▪ Nguyên tử trung hòa nhận thêm electron sẽ trở thành hạt mang điện âm gọi là ion âm.
– Ví dụ: Nguyên tử Clo nhận thêm một electron sẽ trở thành ion Cl-
▪ Một vật nhiễm điện âm khi số electron mà nó chứa lớn hơn số proton; Nếu số electron ít hơn số proton thì vật mang điện tích dương.
II- Vận dụng
1/ Vật (chất) dẫn điện – vật (chất) cách điện:
▪ Điện tích tự do: là điện tích có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.
▪ Vật (chất) dẫn điện: là vật (chất) có chứa các eletron tự do. Ví dụ: kim loại, hợp kim, nước……
▪ Vật (chất) cách điện hay vật (chất) điện môi: là vật (chất) không chứa các electron tự do. Ví dụ: gỗ khô, kim cương, gốm sứ……
2. Giải thích các loại nhiễm điện.
a/ Sự nhiễm điện do cọ xát
– Thanh cao su khi cọ xát vào lông thú thanh cao su sẽ nhiễm điện âm.
– Giải thích: Do khi thanh cao su cọ xát với lông thú, chỗ tiếp xúc chặt chẽ có các electron tự do dịch chuyển từ lông thú sang thanh cao su. Vì vậy cao su thừa electron nên nhiễm điện âm, còn mảnh lông thú thiếu electron nên nhiễm điện dương.
– Đặc điểm: Trong hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, các vật trong hệ nhiễm điện trái dấu.
b/ Sự nhiễm điện do tiếp xúc
– Khi thanh kim loại nhiễm điện âm tiếp xúc với quả cầu trung hòa điện, thì một phần trong số các electron ở chỗ tiếp xúc di chuyển sang quả cầu. Vì thế quả cầu đang trung hòa điện trở nên thừa electron nên nhiễm điện âm.
– Ngược lại, khi thanh kim loại nhiễm điện dương tiếp xúc với quả cầu trung hòa điện, thì số các electron từ quả cầu sẽ di chuyển sang thanh kim loại. Vì thế quả cầu trở nên thiếu electron nên quả cầu nhiễm điện dương.
– Đặc điểm: Trong hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc, các vật trong hệ nhiễm điện cùng dấu.
– Ứng dụng: Điện nghiệm: dùng để phát hiện điện tích ở một vật. Khi một vật nhiễm điện chạm vào núm kim loại thì điện tích truyền đến hai lá kim loại (nhiễm điện do tiếp xúc). Do đó hai lá kim loại đẩy nhau và xòe ra.
– Quả cầu trung hòa điện đặt gần thanh kim loại nhiễm điện âm thì các electron tự do trong quả cầu bị đẩy ra xa khỏi thanh kim loại. Do đó, mặt cầu gần thanh kim loại thiếu electron nên nhiễm điện dương. Mặt cầu xa thanh kim loại thừa electron nên nhiễm điện âm.
– Ngược lại, quả cầu trung hòa điện đặt gần thanh kim loại nhiễm điện dương thì các electron tự do trong quả cầu bị hút lại gần thanh kim loại. Do đó, mặt cầu gần thanh kim loại thừa electron nên nhiễm điện âm. Mặt cầu xa thanh kim loại thiếu electron nên nhiễm điện dương.
– Đặc điểm: Trong hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng, có sự nhiễm điện trái dấu nhau trên cùng một vật.
III- Định luật bảo toàn điện tích
Trong một hệ cô lập về điện, nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các vật ngoài hệ thì tổng đại số các điện tích luôn luôn là một hằng số.