Câu 3 (2,0 điểm) Hai điện tích điểm đặt trong không khí hút nhau một lực 18 N. Đổ đầy dầu hỏa có hằng số điện môi e = 2 vào khoảng giữa hai điện tích. a) Tính lực tương tác mới. b) Giải thích vì sa...

a) Tính lực tương tác mới

Theo định luật Coulomb, lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong không khí (hoặc chân không, coi như $\varepsilon_1 = 1$) là:

$F_1 = k \cdot \frac{|q_1 q_2|}{r^2} = 18 \text{ N}$

Khi đổ đầy dầu hỏa có hằng số điện môi $\varepsilon_2 = 2$ vào khoảng giữa hai điện tích (giữ nguyên khoảng cách $r$ và các điện tích $q_1, q_2$), lực tương tác mới $F_2$ sẽ là:

$F_2 = k \cdot \frac{|q_1 q_2|}{\varepsilon_2 \cdot r^2}$

Lập tỉ số giữa hai lực, ta có:

$\frac{F_1}{F_2} = \varepsilon_2 \implies F_2 = \frac{F_1}{\varepsilon_2}$

Thay số vào công thức:

$F_2 = \frac{18}{2} = 9 \text{ N}$

Kết luận: Lực tương tác mới giữa hai điện tích là $9 \text{ N}$.

b) Giải thích vì sao lực thay đổi

Lực tương tác giảm đi là do hiện tượng phân cực điện môi:

Khi đặt các điện tích trong môi trường dầu hỏa (chất điện môi), điện trường của các điện tích này sẽ làm dịch chuyển các điện tích bên trong các phân tử dầu hỏa.

Sự dịch chuyển này làm xuất hiện các điện tích cảm ứng trên bề mặt lớp dầu hỏa xung quanh các điện tích ban đầu.

Các điện tích cảm ứng này tạo ra một điện trường phụ ngược chiều với điện trường ban đầu, làm giảm độ lớn của điện trường tổng hợp, dẫn đến lực tương tác giữa hai điện tích điểm bị giảm đi $\varepsilon$ lần (ở đây là giảm đi 2 lần).