Định Luật Bảo Toàn Điện Tích: Lý Thuyết Công Thức Và Bài Tập

Định luật bảo toàn điện tích là một trong những định luật nền tảng của Vật lý học, đóng vai trò quan trọng trong chương trình Vật lý THCS và THPT. Trong bài viết này, hãy cùng The TutorX tìm hiểu đầy đủ về định luật bảo toàn điện tích giúp bạn dễ hiểu – dễ nhớ – dễ áp dụng.

Nội dung và công thức của định luật bảo toàn điện tích

Điện tích là gì?

Điện tích là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tương tác điện của vật. Trong tự nhiên có hai loại điện tích:

• Điện tích dương (+)
• Điện tích âm (−)

Đơn vị đo điện tích trong hệ SI là Coulomb (C).

Điện tích nhỏ nhất tồn tại tự nhiên là điện tích nguyên tố:

Electron: −1,6× 10^-19C
Proton: +1,6× 10^-19C

Nội dung định luật bảo toàn điện tích

Định luật bảo toàn điện tích phát biểu:

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích của hệ luôn không đổi theo thời gian.

Hiểu đơn giản:

• Điện tích không tự sinh ra.
• Điện tích không tự mất đi.
• Điện tích chỉ chuyển từ vật này sang vật khác.

Điều này có nghĩa là nếu các vật trao đổi điện tích với nhau trong một hệ kín, thì tổng điện tích của cả hệ trước và sau khi trao đổi vẫn bằng nhau.

Công thức định luật bảo toàn điện tích

Công thức tổng quát:

∑Q_bandau=∑Q_sau
 Hoặc viết ngắn gọn: Q_trước​=Q_sau
 ​Trong đó:

• Q là điện tích (đơn vị: C)
• Tổng đại số có nghĩa là phải tính cả dấu (+) và (−)

Trường hợp hai vật dẫn giống nhau tiếp xúc

Nếu hai vật dẫn điện giống nhau có điện tích ban đầu là Q₁ và Q₂, sau khi tiếp xúc rồi tách ra, điện tích mỗi vật sẽ là:

Q′=Q1+Q2/2
 ​Đây là dạng bài tập rất thường gặp trong các đề kiểm tra và đề thi.

>>> Xem thêm: Định Luật Ampe: Lý Thuyết Công Thức Tính Và Ví Dụ Minh Họa

Ví dụ minh họa định luật bảo toàn điện tích

Ví dụ 1: Hai quả cầu giống nhau

Hai quả cầu kim loại giống nhau mang điện tích:

Q1=8×10^-6C
Q2 = −4×10^-6C

Cho hai quả cầu tiếp xúc rồi tách ra. Tính điện tích mỗi quả sau khi tách.

Giải:

Tổng điện tích ban đầu:

Qtổng =8×10^-6C+(−4×10^-6C)
Q tổng=4×10^-6C

Vì hai quả cầu giống nhau nên điện tích chia đều:

Q′=−4×10^-6C/2

Q′=2×10^-6C

Kết luận: Mỗi quả cầu mang điện tích 2×10^-6C

Ví dụ 2: Hệ ba vật

Ba vật có điện tích:

Q1=3×10^-6C
Q2=−7×10^-6C
Q3=4×10^-6C

Tính tổng điện tích của hệ.

Giải:

Qtổng=3−7+4
Qtổng=0

Kết luận: Hệ trung hòa điện.

>>> Xem thêm: Trung tâm gia sư TPHCM uy tín dạy kèm tại nhà

Bài tập vận dụng định luật bảo toàn điện tích (có lời giải)

Dưới đây là các dạng bài tập thường gặp liên quan đến định luật bảo toàn điện tích.

Bài tập 1: Hai quả cầu kim loại giống nhau mang điện tích:

Q1=6×10^-6C
Q2=2×10^-6C

Sau khi tiếp xúc rồi tách ra, mỗi quả cầu mang điện tích bao nhiêu?

Lời giải:

Tổng điện tích:

Qtổng=6+2=8×10^-6C

Điện tích mỗi quả:

Q′=8×10^-6/2
 ​Q′=4x10^-6C
Đáp án: 4×10^-6C

Bài tập 2

Một vật mang điện tích −10×10^-6C. Sau đó vật nhận thêm 6×10^-6C. Tính điện tích cuối cùng của vật.

Lời giải:

Qsau=−10+6 Qsau
 ​=−4×10^-6C

Kết luận: Vật vẫn mang điện tích âm.

Bài tập 3 

Hai quả cầu kim loại giống nhau, một quả trung hòa, một quả mang điện tích 12×10^-6C. Cho chúng tiếp xúc rồi tách ra. Tính điện tích mỗi quả sau khi tách.

Lời giải:

Ban đầu:

Q1=12×10^-6C
Q2=0

Tổng điện tích:

Qtổng=12×10^-6C

Sau khi tiếp xúc:

Q′=212×10^-6
 ​Q′=6×10^-6C

Đáp án: Mỗi quả cầu mang điện tích 6×10^-6C

Hy vọng qua bài viết trên, bạn đã hiểu rõ về định luật bảo toàn điện tích, từ lý thuyết, công thức đến cách vận dụng vào bài tập thực tế. Việc luyện tập thường xuyên sẽ giúp bạn ghi nhớ kiến thức và giải bài tập Vật lý hiệu quả hơn.

Nếu bạn muốn học tốt môn Vật lý và cải thiện điểm số nhanh chóng, hãy đồng hành cùng The TutorX – trung tâm gia sư uy tín với phương pháp giảng dạy dễ hiểu, bám sát chương trình học và hỗ trợ học sinh tận tâm. Liên hệ ngay với The TutorX để được tư vấn lộ trình học phù hợp nhất!