Thế năng điện là gì?
Thế năng điện là năng lượng tích trữ trong hệ gồm hai hạt mang điện do tương tác tĩnh điện giữa chúng. Với hai điện tích điểm Q1 và Q2 cách nhau một khoảng r, thế năng được tính theo công thức \(U = k \cdot \frac{\text{Q}_1 \cdot \text{Q}_2}{r}\), trong đó k là hằng số Coulomb (khoảng 8,988 × 10⁹ N·m²/C²). Công thức này áp dụng phổ quát và dùng hệ đơn vị SI: điện tích tính bằng coulomb (C), khoảng cách tính bằng mét (m) và năng lượng tính bằng joule (J).
Cách dùng máy tính này
Bạn nhập hai điện tích Q1 và Q2 theo đơn vị coulomb cùng khoảng cách r theo đơn vị mét. Máy tính sẽ nhân hai điện tích với hằng số Coulomb rồi chia cho khoảng cách. Khi cần, bạn có thể dùng ký hiệu khoa học (ví dụ, một microcoulomb bằng 0,000001 C). Kết quả dương nghĩa là hai điện tích đẩy nhau (cùng dấu); kết quả âm nghĩa là chúng hút nhau (trái dấu).
Giải thích công thức
Dấu của mỗi điện tích rất quan trọng. Nếu cả hai điện tích cùng dương hoặc cùng âm thì tích Q1·Q2 mang dấu dương, cho ra thế năng dương — đây là phần năng lượng cần cung cấp để đẩy chúng lại gần nhau. Nếu hai điện tích trái dấu, tích này mang dấu âm và hệ có năng lượng thấp hơn (âm), phản ánh lực hút. Thế năng tiến dần về 0 khi các điện tích cách nhau vô cùng xa — đây chính là mốc quy chiếu được chọn.
Ví dụ minh họa
Giả sử Q1 = 1 µC = 1×10⁻⁶ C, Q2 = 2 µC = 2×10⁻⁶ C và r = 0,5 m. Khi đó $$U = \frac{8{,}988\times10^9 \times 1\times10^{-6} \times 2\times10^{-6}}{0{,}5} = \frac{8{,}988\times10^9 \times 2\times10^{-12}}{0{,}5} = \frac{0{,}017975}{0{,}5} = 0{,}03595 \text{ J}.$$ Vì cả hai điện tích đều dương nên thế năng có giá trị dương — cấu hình này mang tính chất đẩy.
Câu hỏi thường gặp
Kết quả âm có nghĩa là gì? Thế năng âm cho biết hai điện tích hút nhau; năng lượng sẽ được giải phóng khi chúng tiến lại gần nhau.
Đây có phải là điện thế (hiệu điện thế) không? Không. Điện thế \(V = \frac{kQ}{r}\) là năng lượng trên mỗi đơn vị điện tích (đơn vị volt), còn máy tính này trả về tổng năng lượng (đơn vị joule) của cặp điện tích.
Nếu tôi nhập r = 0 thì sao? Khoảng cách phải lớn hơn 0 — công thức phân kỳ khi khoảng cách bằng 0, vì vậy máy tính sẽ trả về 0 để tránh phép chia cho 0.
