Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập nhỏ nhưng rất thú vị về sự nhiễm điện và chuyển động của electron nhé. Đây là một dạng bài tập cơ bản và quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 11, giúp chúng ta củng cố kiến thức về điện tích và cấu tạo nguyên tử.

Chúng ta cùng bắt đầu nào!

Bài giải:

Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện theo các bước sau:

1. Xác định sự thay đổi điện tích của thanh thép.
2. Phân tích sự thay đổi này để xác định thanh thép đã nhận hay nhường electron.
3. Tính số electron mà thanh thép đã nhận hoặc nhường.

Bước 1: Xác định sự thay đổi điện tích của thanh thép.

Điện tích ban đầu của thanh thép là: \( Q_1 = -2.5 \times 10^{-6} \, C \)

Điện tích sau khi được nhiễm điện là: \( Q_2 = 5.5 \times 10^{-6} \, C \)

Sự thay đổi tổng cộng của điện tích trên thanh thép trong quá trình nhiễm điện lần sau là hiệu số giữa điện tích cuối cùng và điện tích ban đầu:
\[ \Delta Q = Q_2 – Q_1 \]
Thay số vào công thức, ta được:
\[ \Delta Q = (5.5 \times 10^{-6} \, C) – (-2.5 \times 10^{-6} \, C) \]
\[ \Delta Q = (5.5 + 2.5) \times 10^{-6} \, C \]
\[ \Delta Q = 8.0 \times 10^{-6} \, C \]

Như vậy, điện tích của thanh thép đã tăng thêm một lượng là \( 8.0 \times 10^{-6} \, C \).

Bước 2: Phân tích sự thay đổi điện tích để xác định thanh thép đã nhận hay nhường electron.

Chúng ta thấy rằng \( \Delta Q = 8.0 \times 10^{-6} \, C \) là một giá trị dương.

Trong vật lý, điện tích của một vật được tạo thành do sự chênh lệch giữa số proton (điện tích dương) và electron (điện tích âm). Các hạt proton nằm trong hạt nhân và không thể di chuyển trong quá trình nhiễm điện thông thường. Do đó, sự thay đổi điện tích của một vật chỉ có thể là do sự di chuyển của electron.

• Nếu vật nhận electron, nó sẽ tích điện âm hơn (hoặc bớt dương đi).
• Nếu vật nhường electron, nó sẽ tích điện dương hơn (hoặc bớt âm đi).

Ở đây, \( \Delta Q \) dương, tức là điện tích của thanh thép đã tăng lên (chuyển từ trạng thái âm sang trạng thái dương). Điều này chỉ xảy ra khi thanh thép mất đi các hạt mang điện âm, tức là nó đã nhường electron.

Bước 3: Tính số electron mà thanh thép đã nhường.

Điện tích của một electron là \( -e \), với \( e = 1.6 \times 10^{-19} \, C \) là độ lớn điện tích nguyên tố.

Khi thanh thép nhường đi \( N \) electron, tổng điện tích âm mà nó mất đi là \( N \times e \). Điều này tương đương với việc điện tích dương của nó tăng lên một lượng \( N \times e \).

Vậy, ta có mối liên hệ:
\[ \Delta Q = N \times e \]
Từ đó, số electron mà thanh thép đã nhường là:
\[ N = \frac{\Delta Q}{e} \]
Thay các giá trị vào, ta có:
\[ N = \frac{8.0 \times 10^{-6} \, C}{1.6 \times 10^{-19} \, C/electron} \]
\[ N = \frac{8.0}{1.6} \times 10^{(-6) – (-19)} \]
\[ N = 5 \times 10^{13} \, \text{electron} \]

Kết luận và Giải thích:

Trong quá trình nhiễm điện lần sau, thanh thép đã nhường đi một lượng electron là \( 5 \times 10^{13} \) electron.

Giải thích:

Ban đầu, thanh thép có điện tích âm \( (-2.5 \times 10^{-6} \, C) \), điều này có nghĩa là nó đang thừa electron. Sau đó, nó được nhiễm điện để có điện tích dương \( (5.5 \times 10^{-6} \, C) \), nghĩa là nó đã trở thành thiếu electron.

Để chuyển từ trạng thái thừa electron sang trạng thái thiếu electron (thậm chí là thiếu rất nhiều), thanh thép bắt buộc phải mất đi (nhường đi) một lượng electron rất lớn. Lượng electron này không chỉ bù đắp cho phần điện tích âm ban đầu để đưa vật về trạng thái trung hòa, mà còn phải tiếp tục nhường thêm để vật tích điện dương như điện tích cuối cùng. Tổng số electron nhường đi chính là số electron cần thiết để tạo ra sự thay đổi điện tích từ \( Q_1 \) đến \( Q_2 \).

Thầy hy vọng bài giải này đã giúp các em hiểu rõ hơn về quá trình nhiễm điện và sự di chuyển của electron nhé! Có câu hỏi gì, các em đừng ngần ngại hỏi lại thầy. Chúc các em học tốt!