Bài giảng Vật lý 2 - Chương 1: Trường tĩnh điện. Chương này cung cấp cho học viên những kiến thức về: tương tác điện – định luật bảo toàn điện trường; điện trường; định lí O - G; công của lực điện trường – điện thế, hiệu điện thế; các ví dụ về giải bài toán tĩnh điện; lưỡng cực điện; một số ứng dụng của tĩnh điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!
VẬT LÝ Giảng viên: TS Đỗ Quang Trung Email: trung.doquang@phenikaa-uni.edu.vn 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn Chương TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN http://phenikaa-uni.edu.vn NỘI DUNG I – Tương tác điện – Định luật bảo tồn đt II - Điện trường III – Định lí O - G IV – Công lực điện trường – điện thế, hđt V – Các ví dụ giải toán tĩnh điện VI – Lưỡng cực điện VII – Một số ứng dụng tĩnh điện http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT – Sự nhiễm điện: Các vật sau bị chà xát hút đẩy Ta nói chúng bị nhiễm điện Vật nhiễm điện có chứa điện tích 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT – Điện tích, định luật bảo tồn điện tích: • Có hai loại điện tích: dương (+) âm (-) • Điện tích có giá trị nhỏ gọi điện tích nguyên tố: ±e =±1, 6.10 −19 C • Điện tích vật nhiễm điện ln bội số ngun lần điện tích ngun tố: Q = ne • Giá trị tuyệt đối điện tích gọi điện lượng • Điện tích chất điểm gọi điện tích điểm • Hệ lập tổng điện tích hệ bảo tồn • Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT – Định luật Coulomb: q1 + q1 + r12 F12 → r 12 q2 - q2 + → F12 http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT q1 + – Định luật Coulomb: → r 12 q2 + → F12 Lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên → chân không: → q1q r12 k = 9.109 (Nm2/C2) F12 = k r r r: k/c đtích − Phương: Trong mtvc đẳng hướng, lực tương tác giảm ε lần: → − Chiều: F | q1q | Độ lớn: F=k − εr − Điểm đặt: → → Fck F12 = ε http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT Ví dụ: Cho điện tích q1 = 5µC q2 = - 4µC đặt hai điểm A B cách 20cm không khí a) Tính lưc tương tác hai điện tích b) Đặt thêm điện tích q3 = 8µC C cách A 16cm cách B 12cm Tính lực tác dụng lên q3 Giải q1 + a) Lực tương tác hai → F điện tích: k | q1q | 9.109.5.10−6.4.10−6 F= = 4,5N = εr 1.0, 22 r q2 - http://phenikaa-uni.edu.vn I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT b) Lực tác dụng lên q3: → → q1 + → F = F13 + F23 → 20 16 → q2 -→ 12 + 2 Do F13 ⊥ F23 nên:= F F13 + F23 q3 Mà: k | q1q | 9.109.5.10−6.8.10−6 = F13 = = 14N 2 1.0,16 ε.r −6 k | q q | 9.10 4.10 8.10 = F23 = 2 1.0,12 ε.r ⇒= F F23 → F → F13 −6 = 20N 142 + 20= 24, 4N http://phenikaa-uni.edu.vn IV – CÔNG CỦA LỰC ĐT, ĐIỆN THẾ - HĐT Ví dụ 2: Vịng dây trịn, bán kính a, tích điện với điện tích tổng cộng Q Tính điện tâm O vòng dây điểm M trục vòng dây, cách O đoạn x Suy hiệu điện UOM Ad số: a = 5cm; x = 12cm; Q = -2,6.10– C Xét trường hợp: a) Gốc điện vô cùng; b) Gốc điện O 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn Ví dụ 2: a) Gốc điện vô cùng: = VM dV ∫= ∫ ∫ dq v/d v/d k.dq k = r r v/d kQ 9.109.(−2, 6.10−9 ) VM = = = - 180V 2 a +x 0, 052 + 0,122 kQ VO = a Giải 9.109.(−2, 6.10−9 ) = - 468V 0, 05 ⇒ U OM = VO − VM = - 288V b) Gốc điện O: kQ 468 ⇒C= ⇒ VO = + C = −468 + C = a kQ VM = +C = −180 + C = 288V ⇒ U OM = −288V VO − VM = 2 a +x 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn IV – CÔNG CỦA LỰC ĐT, ĐIỆN THẾ - HĐT 3) Thế điện tích điện trường: Ta có: WtM − WtN = A MN = qU MN = q(VM − VN ) Vậy điện tích q điểm M điện trường là: WtM = qVM Ví dụ: Điện tích q = 5µC đặt điện trường điện tích Q = - 6µC cách Q đoạn 20cm Tính q kQ W = qV = q tM M εrM 3/10/2022 −6 9.10 (−6.10 ) = 5.10 1.0, −6 = −1,35J http://phenikaa-uni.edu.vn IV – CÔNG CỦA LỰC ĐT, ĐIỆN THẾ - HĐT – Mặt đẳng thế: a) Khái niệm: Tập hợp điểm điện trường có giá trị điện tạo nên mặt đẳng b) Tính chất: - Các mặt đẳng khơng cắt - Khi điện tích q di chuyển mặt đẳng cơng lực điện trường không - Đường sức điện trường (do đó, vectơ cường độ điện trường) ln vng góc với mặt đẳng c) Qui ước vẽ: Độ chênh lệch ∆V hai mặt đẳng liên tiếp không đổi Suy ra: đt mạnh mđt dày, đt yếu mđt thưa; đt mđt mp // cách 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn Vài dạng mặt đảng thế: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn IV – CÔNG CỦA LỰC ĐT, ĐIỆN THẾ - HĐT – Liên hệ cường độ điện trường điện thế: Xét điện tích q di chuyển điện trường từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp Cơng lực điện trường đoạn đường vi cấp d là: → → → → dA F= d s qEd s = dA = q(V1 − V2 ) = q[V − (V + dV)] = −qdV → → V M −E.ds cos α = −E.dn −Ed s = Vậy: dV = Hay: E = − dV ĐT đều: E = U V + dV dn d s = MN → N (I) (II) dn d → → dV → ∂V ∂V ∂V Hay: E = − n = − grad V = −( , , ) dn ∂x ∂y ∂z 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn Các kết luận quan trọng: •Vectơ cường độ điện trường hướng theo chiều giảm •Độ lớn vectơ cường độ điện trường điểm độ giảm điện đơn vị chiều dài dọc theo đường sức điện qua điểm •Lân cận điểm điện trường, điện biến thiên nhanh theo phương đường sức điện qua điểm •Lưu thơng vectơ cđđt hai điểm M, N hiệu điện → → hai điểm đó: A MN Ed = = U MN ∫ q MN •Lưu thơng vectơ cđđt dọc theo đường cong kín khơng: 3/10/2022 → → ∫Ed = (C) http://phenikaa-uni.edu.vn TỔNG QUAN Lực ĐT Cường độ ĐT Đường sức ĐT 3/10/2022 Điện thế, hđt http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Sơn tĩnh điện: Fine mist of negatively charged gold particles adhere to positively charged protein on fingerprint 3/10/2022 Negatively charged paint adheres to positively charged metal http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Làm khơng khí: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Băng dính: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn The drum is an aluminum cylinder coated withĐIỆN a thin layer of MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH Selenium 4Aluminum – Kỹ thuật photocopy: is a conductor Selenium is a photoconductor, it is an insulator in the dark and a conductor when exposed to lightlight So, a positive charge deposited on the Selenium layer will stay there However, when the drum is esposed to light, electrons from the aluminum will pass through the conducting selenium and neutralize the positive charge Charging the drum Imaging the document on the drum Fixing the toner Transferring the toner to the paper 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Kỹ thuật in phun: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Kỹ thuật in Laser: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TĨNH ĐIỆN – Đèn hình TV: 3/10/2022 http://phenikaa-uni.edu.vn ... −6 = 20 N 1 42 + 20 = 24 , 4N http://phenikaa-uni.edu.vn II – ĐIỆN TRƯỜNG – Khái niệm điện trường: Điện trường môi trường vật chất bao quanh điện tích, tác dụng lực lên điện tích khác đặt Q + q - q...3/10 /20 22 http://phenikaa-uni.edu.vn Chương TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN http://phenikaa-uni.edu.vn NỘI DUNG I – Tương tác điện – Định luật bảo toàn đt II - Điện trường III – Định lí O - G IV – Công lực điện. .. 10 → E2 C 2 q2 - → → E E1 Mà: −9 | q1 | 2. 10 E1 k= 9.10 5000V / m = = 2 1.0, 06 εr1 −9 | q2 | 8.10 = E k= 9.10 = 1 125 0V / m 2 εr2 1.0, 08 ⇒E = C 5000 + 1 125 0 = 123 11 V / m 2 http://phenikaa-uni.edu.vn