IV. PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC

♦ Điện tích là một đại lượng vô hướng, là một thuộc tính không thể tách rời hạt vật chất và tồn tại

dưới dạng các hạt sơ cấp mang điện (có những hạt sơ cấp không mang điện) nhưng không thể có điện

tích không gắn liền với hạt sơ cấp. Vì vậy nói điện tích ở ngoài hạt là không có nghĩa .[9]

Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn,

đồng nhất, không thể tách thành các phần nhỏ hơn; ví dụ như các hạt photon, electron, positron,

neutrino…

♦ Điện tích của một hạt là một trong những thuộc tính cơ bản nhất của hạt.[5]

Vậy điện tích được định nghĩa:

♦ Điện là một thuộc tính của vật nhiễm điện và điện tích là số đo độ lớn thuộc tính đó.

Quy ước có hai loại điện tích: điện tích âm và điện tích dương. Điện tích dương là loại điện tích

giống điện tích xuất hiện trên thanh thuỷ tinh sau khi cọ xát nó vào lụa, còn điện tích âm giống điện tích

xuất hiện trên thanh êbônit sau khi cọ xát nó vào dạ. Các nhà vật lý cho rằng hai dạng điện tích là sự biểu

hiện các mặt đối lập của cùng một đặc tính nào đó của hạt; cũng như việc tồn tại “bên phải” và “bên

trái” là sự biểu hiện các mặt đối lập của tính đối xứng không gian.[5]

Điện tích của một vật vĩ mô là tổng đại số của tất cả các điện tích tương ứng của các hạt phần tử

cấu thành nên vật đó.

Điện tích là một đại lượng bất biến tương đối tính, điều đó có nghĩa là vật (hoặc hạt) mang điện

tích q khi đứng yên, thì vật sẽ mang điện tích q như vậy khi chuyển động. [8]

Điện tích có tính chất “ lượng tử hoá”. Trong tự nhiên điện tích tồn tại dưới dạng những lượng

rời rạc nhất định (lượng tử) chứ không biến thiên liên tục. Trong lý thuyết cổ điển không kể đến sự

lượng tử hoá điện tích. Lý do là “lượng tử” điện tích là những lượng rất bé so với mật độ điện tích vĩ mô

của hạt mang điện. [5]

Sự có mặt của điện tích ở các hạt cơ bản làm cho các vật hay các hạt mang điện tương tác điện

từ với nhau.

Electron là điện tích âm có độ lớn e = 1,6.10-19C và khối lượng 9,1.10-31 kg.

Proton mang điện tích dương +e, có khối lượng bằng 1,67.10 -27 kg.



Proton và electron đều có trong thành phần cấu tạo nguyên tử của mọi chất. Proton nằm trong

hạt nhân nguyên tử, còn các electron chuyển động xung quanh hạt nhân đó.

Electron hoá trị hay electron ngoài cùng là những electron ở các orbital ngoài cùng và có thể

tham gia vào các liên kết của nguyên tử.



Hình 2.1: Nguyên tử He gồm 2 prôtôn

+ 2 nơtron trong hạt nhân và

2electron hoá trị



Pozitron được Anđecxơn phát hiện ra năm 1932 khi bắn một chùm electron hay proton có năng

lượng vài MeV qua một bảng kim loại mỏng. Pozitron có khối lượng bằng khối lượng electron, mang

điện tích dương và có độ lớn bằng độ lớn điện tích electron.

Pozitron e+ là phản hạt của electron e-. Mọi hạt cơ bản đều có phản hạt tương ứng, phản hạt có

cùng khối lượng như hạt, nhưng có điện tích ngược dấu. Quan hệ giữa hạt và phản hạt hoàn toàn đối

xứng, e+ là phản hạt của e-, tức cũng có nghĩa e- là phản hạt của e+.

Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hoà về điện; số proton và số electron trong một

nguyên tử luôn bằng nhau (bằng số thứ tự Z của nguyên tố đang xét trong bảng tuần hoàn Menđêleep) .

Do đó tổng đại số của các điện tích trong một nguyên tử bằng không. Nếu nguyên tử mất đi một hay

nhiều electron, nó sẽ trở thành một phần tử mang điện tích dương; khi đó nguyên tử được gọi là ion

dương. Ngược lại, nếu nguyên tử nhận thêm electron nó sẽ trở thành một phần tử mang điện tích âm;

khi đó nguyên tử gọi là ion âm.



Hình 2.2: Mô hình đơn giản của nguyên tử liti



Hình 2.3: Mô hình đơn giản của ion dương liti



Hình 2.4: Mô hình đơn giản của ion âm liti



Trong những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ

khả năng tồn tại những hạt nhỏ hơn các hạt sơ cấp đã biết gọi là những hạt quác, các leptôn và các hạt

truyền tương tác. Mặc dầu cho đến nay chưa hề phát hiện được hạt quác tồn tại ở trạng thái tự do,

nhưng có nhiều cơ sở vững chắc để tin rằng chúng quả thật tồn tại mang điện tích nhỏ hơn điện tích của

electron.

Ví dụ: Các nhà vật lý ở Belle làm việc tại

Phòng thí nghiệm KEK (Nhật Bản) vừa phát hiện một

hạt cơ bản mới với những bằng chứng hết sức

thuyết phục rằng có một số meson chứa tới bốn hạt

quark thay vì hai quark như các hạt thông thường.

Hì

nh 2.5



Điện tích của một vật được phát hiện nhờ điện nghiệm. Khi một vật nhiễm điện chạm vào núm

kim loại của điện nghiệm thì điện tích truyền đến hai lá kim loại

sẽ làm cho hai lá kim loại xoè ra.



Hình 2.6: Điện nghiệm

☺ Lưu ý: Học sinh đã học được khái niệm điện tích và sự tương tác giữa chúng một cách sơ lược

và định tính ở THCS. Việc đào sâu quan niệm về mặt định lượng của tương tác là hết sức cần thiết.

Nói “có một điện tích…” cũng vô nghĩa như khi nói “có một khối lượng…” và chúng ta

nên hiểu đó là cách nói tắt. Thực ra phải nói “một vật có điện tích…” cũng như “một vật có khối lượng…”

[9]



3. Vật dẫn, điện môi

Theo tính chất dẫn điện, người ta phân biệt hai loại vật : vật dẫn và điện môi.

Vật dẫn là những vật có nhiều hạt mang điện có thể di chuyển được trong những khoảng cách

lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử của vât. Những hạt đó gọi là các điện tích tự do.

Những vật dẫn điện được chia thành vật dẫn điện loại 1 và loại 2.

Vật dẫn điện loại 1 là vật dẫn mà sự di chuyển của các điện tích trong vật không gây ra một biến

đổi hoá học của chúng và cũng không gây ra một sự dịch chuyển nào có thể nhận thấy được của vật

chất. Ví dụ kim loại, bán dẫn…

Vật dẫn điện loại 2 là vật dẫn mà sự dịch chuyển của các điện tích trong vật gắn liền với sự biến

đổi hoá học, dẫn đến sự thoát ra những thành phần vật chất tại chỗ tiếp xúc của chúng với các vật dẫn

điện khác. Ví dụ dung dịch muối, axít, bazơ…

Vật điện môi là những vật có chứa rất ít điện tích tự do.



Điện môi được phân thành hai loại: Điện môi có cực (nước, hidroclorua…) và điện môi không có

cực (hiđrô, ôxi…).

Một chất điện môi được đặt trong điện trường thì điên môi bị phân cực.

Sự phân chia ra vật dẫn và điện môi chỉ có tính chất quy ước. Trong những điều kiện nhất định,

vật nào cũng có thể dẫn điện, chúng chỉ khác nhau ở chỗ dẫn điện tốt hay không tốt. Bên cạnh còn có

một nhóm chất có tính chất dẫn điện trung gian giữa vật dẫn và điện môi. Đó là các chất bán dẫn (Si,

Ge…). Ngoài ra đối với kim loại, khi ở một nhiệt độ tới hạn nào đó nó trở thành chất siêu dẫn (như nhôm

ở nhiệt độ 1,19K, kẽm ở 0,85K…)



Chất cách điện là chất dẫn điện kém, có điện trở suất rất lớn (khoảng 10 6 – 1015



Ω



m). Các vật



liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống, nhằm mục đích ngăn chặn sự tiếp

xúc của dòng điện với người hoặc với các dòng điện khác.

Nhiều chất cách điện là chất điện môi, tuy nhiên cũng có những môi trường cách điện không

phải chất điện môi (như chân không).



4. Thuyết electron cổ điển và sự nhiễm điện

4.1. Thuyết electron cổ điển

Thuyết electron là thuyết dựa trên sự chuyển dời của electron để giải thích các hiện tượng điện.

Thuyết electron ra đời vào cuối thế kỷ thứ XIX, sau khi electron được phát hiện nhờ các công

trình nghiên cứu của Stoney, Plucker, crookes, Schuster và đặc biệt là của Thomson và Millican.

Cơ sở của thuyết là quan niệm về cấu tạo hạt vật chất được hình thành trong thuyết động học

phân tử. Tiếp đến là các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về điện và từ như định luật Culông, định luật Ôm, các khái niệm về điện thế, hiệu điện thế…Nhưng cơ sở quan trọng nhất là việc phát

hiện ra electron.

Tư tưởng cơ bản của thuyết là quan niệm về tính gián đoạn của điện. Định luật cơ bản là định

luật Cu-lông và rộng hơn nữa là hệ phương trình Maxwell.

Hằng số cơ bản của thuyết là điện tích của electron.