Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát

Cọ quả bóng bay vào áo rồi áp lên tường: quả bóng dính luôn, không rơi. Ai đã "dán" nó lên đó?

1. Cọ xát làm vật nhiễm điện

Nhiều vật (nhựa, cao su, thuỷ tinh, len…) sau khi cọ xát thì hút được các vật nhẹ khác. Vật như thế gọi là vật nhiễm điện, hay vật mang điện tích. Hiện tượng này gọi là nhiễm điện do cọ xát.

• Ví dụ 1. Một chiếc thước nhựa để yên trên bàn không hút gì cả. Cọ thước vài lần vào mái tóc khô rồi đưa lại gần mấy hạt xốp vụn: các hạt xốp nhảy lên bám vào thước.
• Ví dụ 2. Mở vòi nước cho chảy thành một dòng thật mảnh. Cọ quả bóng bay vào áo rồi đưa lại gần dòng nước: dòng nước cong về phía quả bóng.

Thời tiết khô ráo thì dễ thấy hiện tượng này; trời ẩm, điện tích dễ bị thoát đi.

2. Hai loại điện tích

Có hai loại điện tích: điện tích dương (kí hiệu $+$) và điện tích âm (kí hiệu $-$).

• Ví dụ 1. Cọ hai quả bóng bay vào tóc rồi treo cạnh nhau bằng hai sợi chỉ: chúng đẩy nhau ra xa. Hai quả bóng được cọ giống nhau nên nhiễm điện cùng loại.
• Ví dụ 2. Đưa quả bóng vừa cọ lại gần chính mái tóc vừa cọ: tóc dựng lên, bị hút về phía bóng. Bóng và tóc nhiễm điện khác loại.

3. Vì sao cọ xát lại làm vật nhiễm điện?

Mọi vật được tạo nên từ nguyên tử. Mỗi nguyên tử có hạt nhân mang điện dương ở giữa và các ê-lếch-trôn (electron) mang điện âm chuyển động quanh hạt nhân. Bình thường tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm: vật trung hoà về điện.

Khi cọ xát, một số electron dịch chuyển từ vật này sang vật kia. Hạt nhân (điện dương) nằm yên, không dịch chuyển.

• Ví dụ 1. Cọ bóng bay vào tóc: electron từ tóc chạy sang bóng. Bóng nhận thêm electron → nhiễm điện âm; tóc mất bớt electron → nhiễm điện dương. Vì thế bóng và tóc hút nhau.
• Ví dụ 2 (đếm). Vật A và vật B lúc đầu đều có $6$ điện tích dương và $6$ electron (trung hoà). Cọ xát, $2$ electron chạy từ A sang B:
  A còn $6$ dương, $4$ âm → thừa dương → A nhiễm điện dương; B có $6$ dương, $8$ âm → thừa âm → B nhiễm điện âm.
  Hai vật luôn nhiễm điện trái dấu nhau.

4. Nhiễm điện quanh ta: có lợi và có hại

• Tia lửa điện nhỏ. Cởi áo len trong phòng tối vào ngày hanh khô, bạn nghe lách tách và thấy chớp sáng li ti: áo và người cọ xát, nhiễm điện mạnh rồi phóng thành tia lửa nhỏ.
• Sét. Trong đám mây dông, gió mạnh làm các hạt nước, hạt băng cọ xát nhau → đám mây nhiễm điện. Khi đám mây nhiễm điện ở gần đám mây trái dấu hoặc gần mặt đất, một tia lửa điện khổng lồ phóng ra: đó là sét. Không khí bị nung nóng, dãn nở đột ngột, nổ thành sấm.
  Gặp dông: vào nhà kiên cố; ở ngoài trời thì không đứng dưới cây cao hay giữa bãi trống, tránh xa vật bằng kim loại.
• Bụi bám. Màn hình laptop vừa lau bằng giấy khô lại hút bụi và sợi vải: màn hình bị cọ xát nên nhiễm điện.
• Có lợi. Máy lọc bụi tĩnh điện (ở ống khói nhà máy, máy lọc không khí) làm hạt bụi nhiễm điện rồi cho tấm kim loại trái dấu hút lại; sơn tĩnh điện giúp hạt sơn bám đều lên vật.

Kí hiệu

Lỗi hay gặp

1. Nghĩ điện tích dương chạy từ vật này sang vật kia. Không phải: chỉ electron dịch chuyển; hạt nhân dương nằm yên. Vật nhiễm điện dương là vì nó mất bớt electron.
2. Nhận thêm electron mà lại nói "nhiễm điện dương". Electron mang điện âm, nhận thêm âm thì thành âm.
3. Thấy hai vật hút nhau thì kết luận cả hai đều nhiễm điện. Chưa chắc! Vật nhiễm điện hút được cả vật không nhiễm điện (như hạt xốp, dòng nước). Chỉ khi thấy đẩy nhau mới chắc chắn cả hai đều nhiễm điện (và cùng dấu).
4. Nghĩ vật nào cọ xát cũng nhiễm điện rõ. Thường chỉ thấy rõ ở các vật cách điện (nhựa, cao su, thuỷ tinh, len…) và khi trời khô.
5. Nghĩ hai vật cọ vào nhau thì nhiễm điện giống nhau. Hai vật cọ với nhau luôn nhiễm điện trái dấu: một vật nhận, một vật mất electron.

Bài tập theo dạng

Dạng 1: Vật nhiễm điện gì?

Cách làm: tìm xem electron đi từ đâu sang đâu → vật nhận thêm electron nhiễm điện âm, vật mất bớt electron nhiễm điện dương.

Bài 1. Cọ một ống nhựa PVC vào chiếc khăn lông. Một số electron chuyển từ khăn sang ống nhựa.
a) Ống nhựa nhiễm điện gì? b) Khăn lông nhiễm điện gì?

Bài 2. Cọ tấm mica vào vải khô, sau đó tấm mica nhiễm điện dương. Hạt nào đã dịch chuyển, theo chiều nào? Vải nhiễm điện gì?

Bài 3. Vật M lúc đầu trung hoà, có $8$ điện tích dương và $8$ electron. Sau khi cọ với vật N, M chỉ còn $5$ electron.
a) M nhiễm điện gì? b) N đã nhận thêm bao nhiêu electron, nhiễm điện gì?

Dạng 2: Hút hay đẩy?

Cách làm: ghi dấu $+$/$-$ lên từng vật đã biết → cùng dấu đẩy, khác dấu hút → suy ra vật chưa biết. Hút nhau thì nhớ trường hợp vật kia không nhiễm điện.

Bài 1. Cọ ống hút nhựa vào tờ giấy ăn thì ống hút nhiễm điện âm. Đưa ống hút lại gần chính tờ giấy ăn đó: chúng hút hay đẩy nhau?

Bài 2. Ba quả cầu nhẹ A, B, C đều nhiễm điện. A đẩy B, B hút C. Biết C nhiễm điện dương. A và B nhiễm điện gì?

Bài 3. Một thanh nhựa nhiễm điện âm hút một quả cầu xốp nhẹ D. Bạn Khoa kết luận: "D chắc chắn nhiễm điện dương." Khoa nói đúng không?

Dạng 3: Giải thích hiện tượng thực tế

Cách làm: chỉ ra hai vật nào cọ xát → vật nào nhiễm điện → nó hút vật nhẹ, đẩy vật cùng dấu, hoặc phóng tia lửa điện.

Bài 1. Vừa chơi cầu trượt nhựa xong, tóc của bé dựng đứng và xoè ra. Vì sao?

Bài 2. Vì sao xe bồn chở xăng thường có một sợi xích sắt thả kéo lê trên mặt đường?

Bài 3. Đang đi giữa cánh đồng thì trời có dông, bạn định chạy tới trú mưa dưới gốc cây cao duy nhất ở đó. Có nên không?

Trò chơi ở nhà (5 phút) — "Bóng bay biết hút"

Chuẩn bị: 2 quả bóng bay, 2 sợi chỉ, một ít hạt xốp vụn (hoặc giấy bạc vụn), vòi nước.

1. Cọ bóng vào tóc khô 10 lần rồi đưa lại gần hạt xốp: đếm xem hút được bao nhiêu hạt.
2. Đưa bóng lại gần dòng nước thật mảnh: dòng nước cong về đâu?
3. Treo hai quả bóng cùng đã cọ vào tóc cạnh nhau: hút hay đẩy? Vì sao?
4. Thử lại sau khi làm ướt quả bóng: hiện tượng còn rõ không?

Ai giải thích đúng từng lần bằng chữ "electron đi từ… sang…" thì được 1 điểm.