Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng

Giải SBT Lí 11 Bài 6. Tụ điện

Bài 6.10 trang 15 Sách bài tập Vật lí 11: Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng. Đường kính của giọt dầu là 0,5 mm. Khối lượng riêng của dầu là 800 kg/m³. Khoảng cách giữa hai bản tụ điện là 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là 220 V; bản phía trên là bản dương.

a) Tính điện tích của giọt dầu.

b) Đột nhiên đổi dấu của hiệu điện thế. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Tính gia tốc của giọt dầu. Lấy g = 10 m/s².

Lời giải

a) Giọt dầu chịu tác dụng của các lực: trọng lực $\overrightarrow{P}$, lực điện $\overrightarrow{F_d}$

(Bỏ qua lực đẩy Acsimet của không khí).

Giọt dầu nằm cân bằng thì:

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_d}=0\iff \overrightarrow{P}=-\overrightarrow{F_d}\iff \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{P}\uparrow \downarrow \overrightarrow{F_d}\\ P=F_d\end{array}\right.$

Trọng lượng của giọt dầu:

$P=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g$

Lực điện tác dụng lên giọt dầu:

F_d = |q|E = $\frac{qU}{d}$

Vì lực điện cân bằng với trọng lượng nên:

F_đ = P$\iff \frac{\left|q\right|U}{d}=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g$

$\Rightarrow \left|q\right|=\frac{4\pi r^3\rho dg}{3U}=\frac{4\pi .{\left(0,{25.10}^{-3}\right)}^3\mathrm{.800.0},01.10}{3.220}\approx 2,{38.10}^{-11}C$

Vì lực điện $\overrightarrow{F_d}$ cùng phương ngược chiều với trọng lực $\overrightarrow{P}$.

nên $\overrightarrow{F_d}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên.

Cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới

(vì bản dương của tụ ở phía trên).

Vậy $\overrightarrow{F_d}$ và $\overrightarrow{E}$ ngược chiều, do đó giọt dầu tích điện âm.

Vậy điện tích của giọt dầu: q = - 23,8.10^-12 C

b) Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác dụng lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực.

Như vậy, giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực 2P, có gia tốc 2g = 20 m/s².

Xem thêm lời giải sách bài tập Vật lí lớp 11 hay, chi tiết khác:

Bài 6.1 trang 13 SBT Lí 11: Chọn câu phát biểu đúng....

Bài 6.2 trang 13 SBT Lí 11: Chọn câu phát biểu đúng...

Bài 6.3 trang 14 SBT Lí 11: Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì...

Bài 6.4 trang 14 SBT Lí 11: Trường hợp nào dưới đây ta có một tụ điện...

Bài 6.5 trang 14 SBT Lí 11: Đơn vị điện dung có tên là gì...

Bài 6.6 trang 14 SBT Lí 11: Một tụ điện có điện dung 20 μF, được tích điện...

Bài 6.7 trang 14 SBT Lí 11: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1000 pF...

Bài 6.8 trang 14 SBT Lí 11: Một tụ điện không khí có điện dung 40 pF...

Bài 6.9 trang 14 SBT Lí 11: Tích điện cho tụ điện C1, điện dung 20 μF, dưới...

Lý thuyết Tụ điện

Trắc nghiệm Tụ điện có đáp án