Giáo trình vật lý đại cương a1

ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT GIÁO TRÌNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 Chủ biên: TS Võ Văn Ớn ThS Huỳnh Duy Nhân – ThS Nguyễn Thị Huỳnh Nga – ThS Nguyễn Đức Hảo Lưu hành nội bộ Lời nói đầu Các em sinh viên thân mến! Các em cầm tay quyển Vật lý đại cương A1dành cho sinh viên các ngành Kỹ thuật và Công nghệ của trường Đai học Thủ Dầu Một, thầy cùng một số thầy cô bộ môn Vật lý , khoa Khoa học Tự nhiên biên soạn Tâm niệm của nhóm là biên soạn một giáo trình chứa những kiến thức bản của Vật lý đại cương và cập nhật những kiến thức mới dù ở mức độ bản nhất để cung cấp cho các em học tập và nghiên cứu Giáo trình chứa các kiến thức bản, các ví dụ áp dụng , các câu hỏi củng cố cùng bài tập có đáp số để các em vận dụng mức độ không quá khó Giáo trình được phân công biên soạn sau: - TS Võ Văn Ớn: các chương 0; 5;7;8(A1); 8;9;10;11;12 (A2) ThS Huỳnh Duy Nhân: các chương 9;10;11(A1);1; 2(A2) ThS Nguyễn Thị Huỳnh Nga: các chương1;2(A1); 3; 6; 7(A2) ThS Nguyễn Đức Hảo: các chương 3;4;6(A1); 4; 5(A2) Dù thật nhiều cố gắng chắc không tránh khỏi sai sót lần xuất bản đầu, mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và các em sinh viên Mọi sự góp ý xin gửi về địa chỉ email: onvv@tdmu.edu.vn Bình Dương, tháng 10 năm 2015 Võ Văn Ớn Đề tài NCKH cấp trường GIÁO TRÌNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 + A2 TS Võ Văn Ớn chủ biên Năm 2015 MỤC LỤC Chƣơng 0: MỞ ĐẦU §0.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VẬT LÝ HỌC §0.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ HỆ ĐƠN VỊ SI §0.3 KHÁI QUÁT CÁC PHÉP TÍNH VỀ VÉC TƠ §0.4 KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ 13 §0.5 T M TẮT CHƯƠNG 16 §0.6 C U HỎI L THUY T VÀ ÀI TẬP 19 Chƣơng 1: ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 22 §1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ ẢN CỦA CHUYỂN ĐỘNG 22 §1.2 VẬN TỐC CỦA CHẤT ĐIỂM 25 §1.3 GIA TỐC CỦA CHẤT ĐIỂM 29 §1.4 VẬN TỐC VÀ GIA TỐC TRONG CHUYỂN ĐỘNG TRÒN 32 §1.5 MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG ĐƠN GIẢN 35 §1.6 TĨM TẮT NỘI DUNG 43 §1.7 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 47 Chƣơng 2: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM 49 §2 CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON 49 §2.2 CÁC LOẠI LỰC THƠNG DỤNG TRONG CƠ HỌC 54 §2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC 57 §2.4 ĐỘNG LƯỢNG – XUNG LƯỢNG 59 §2.5 MƠ MEN ĐỘNG LƯỢNG – MÔ MEN LỰC 61 §2.6 NGUYÊN L TƯƠNG ĐỐI GALILÉE – CÁC LỰC 65 §2.7 TĨM TẮT NỘI DUNG 70 §2.8 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 73 Chƣơng 3: CÔNG VÀ NĂNG L ƢỢNG 77 §3.1 CÔNG – CÔNG SUẤT 77 § 3.2 N NG LƯỢNG 81 § 3.3 ĐỘNG N NG – TH N NG 82 § 3.4 ĐỊNH LUẬT ẢO TỒN CƠ N NG TRONG TRƯỜNG TH 89 § 3.5 GIẢI ÀI TOÁN ẰNG PHƯƠNG PHÁP N NG LƯỢNG 95 § 3.6 V CHẠM 96 § 3.7 CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HẤP N 102 § 3.8 T M TẮT NỘI UNG 112 § 3.9 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ ÀI TẬP 114 Chƣơng 4: ĐỘNG LỰC HỌC HỆ CHẤT ĐIỂM VÀ VẬT RẮN 117 §4.1 HỆ CHẤT ĐIỂM - VẬT RẮN VÀ KHỐI TÂM CỦA VẬT RẮN 118 §4.2 ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 124 §4.3 MƠ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔ MEN LỰC 128 §4.4 CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 132 §4.5 MƠ MEN QN TÍNH 137 §4.6 CƠ N NG CỦA VẬT RẮN 141 §4.7 PHƯƠNG PHÁP GIẢI ÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN 143 §4.8 TĨM TẮT NỘI DUNG 149 §4.9 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 154 Chƣơng 5: CƠ HỌC TƢƠNG ĐỐI TÍNH 159 §5.1 CÁC TIÊN ĐỀ CỦ THUY T TƯƠNG ĐỐI HẸP 159 §5.2 PHÉP I N ĐỔI LORENTZ 161 §5.3 T NH ĐỒNG THỜI VÀ QU N HỆ NH N QUẢ 163 §5.4 SỰ CO NGẮN LORENTZ 164 §5.5 TỔNG HỢP VẬN TỐC 166 §5.6 ĐỘNG LƯỢNG VÀ KHỐI LƯỢNG CỦ CHẤT ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG 167 §5.7 N NG LƯỢNG CỦ CHẤT ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG 168 §5.8 T M TẮT NỘI UNG 172 §5.9 C U HỎI L THUY T VÀ ÀI TẬP 173 Chƣơng 6: CƠ HỌC CHẤT LƢU 176 §6.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ ẢN VỀ CHẤT LƯU 176 §6.2 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 179 §6.3 PHƯƠNG TRÌNH ERNOULLI 179 §6.4 TĨNH HỌC CHẤT LƯU 187 §6.5 TĨM TẮT NỘI DUNG 189 §6.6 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 191 Chƣơng 7: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CHẤT KHÍ LÍ TƢỞNG 194 §7.1 NỘI DUNG CỦA THUY T ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 194 §7.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ ẢN CỦA THUY T ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 195 §7.3 NHIỆT ĐỘ - NHIỆT GIAI 198 §7.4 HỆ QUẢ CỦA THUY T ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 199 §7.5 KHÍ THỰC 204 §7.6 T M TẮT CHƯƠNG 211 §7.7 C U HỎI L THUY T VÀ ÀI TẬP 214 Chƣơng 8: C C NGUY N L CỦ NHI ỆT ĐỘNG L ỰC HỌC 216 §8.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ ẢN 216 §8.2 NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC 220 §8.3 ỨNG DỤNG NGUYÊN L I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 221 §8.4 NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 224 §8.5 HÀM ENTROPY – NGUYÊN L T NG ENTROPY 230 §8.6 T M TẮT NỘI UNG 233 §8.7 C U HỎI L THUY T VÀ ÀI TẬP 236 Chƣơng 9: TRƢỜNG TĨNH ĐIỆN 238 §9.1 TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB 239 §9.2 ĐIỆN TRƯỜNG 245 §9.3 ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG – THÔNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 251 §9.4 ĐỊNH LÝ OSTROGRADSKY – GAUSS (O-G) 255 §9.5 CƠNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG, ĐIỆN TH , HIỆU ĐIỆN TH 258 §9.6 LIÊN HỆ GIỮ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HIỆU ĐIỆN TH 266 §9.7 ÀI TỐN CƠ ẢN CỦ TĨNH ĐIỆN HỌC 271 §9.8 LƯỠNG CỰC ĐIỆN 279 §9.9 TĨM TẮT NỘI DUNG 282 §9.10 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 288 Chƣơng 10: VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI 292 §10.1 VẬT D N CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 293 §10.2 TỤ ĐIỆN 304 §10.3 N NG LƯỢNG TỤ ĐIỆN, N NG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 309 §10.4 SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI 312 §10.5 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI 322 §10.6 ĐIỆN TRƯỜNG Ở MẶT GIỚI HẠN CỦ H I ĐIỆN MÔI 324 §10.7 ĐIỆN MƠI ĐẶC BIỆT 328 §10.8 TÓM TẮT NỘI DUNG 331 §10.9 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 336 Chƣơng 11: NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦ DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI .339 §11.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ ẢN 340 §11.2 ĐỊNH LUẬT OHM CHO ĐOẠN MẠCH ĐỒNG CHẤT 345 §11.3 ĐỊNH LUẬT OHM CHO MẠCH KÍN 349 §11.4 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT 352 §11.5 ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH – PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 354 §11.6 CÁC QUY TẮC KIRCHHOFF 356 §11.7 ĐỊNH LUẬT JOULE-LENZ, CƠNG VÀ CƠNG SUẤT ỊNG ĐIỆN 360 §11.8 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PH N GIẢI MẠCH ĐIỆN 364 §11.9 TĨM TẮT NỘI DUNG 367 §11.10 CÂU HỎI LÝ THUY T VÀ BÀI TẬP 372 Chƣơng MỞ ĐẦU N i dung chƣơng 0.1 Đối t ợng v ph ng ph p nghi n ứu ủ vật l họ 0.2 C 0.3 Kh i qu t 0.4 Kh i qu t v 0.5 Tóm tắt h 0.6 C u hỏi l thuy t v i l ợng vật l v hệ n vị SI ph p t nh v v t hệ trụ tọ ộ ng i tập Mục ti u chƣơng Họ xong h hi u ng n y sinh vi n nắm ợ nhiệm vụ môn Vật lý thức tối thi u cần ó ic ợ : tranh tổng quan v kho họ Vật lý, ng C sinh vi n ng nắm ợ ki n làm tốn vật lý §0.1 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PH P NGHI N CỨU CỦ VẬT L HỌC Đối tƣợng nghiên cứu Vật Lý Học mơn khoa học, nghiên cứu v cấu trúc, tính chất d ng vận ộng th giới vật chất Vật Lý Học khoa học tự nhiên khác òn ợc gọi l “Tri t học tự nhi n” Đ n th kỷ XVIII, Vật lý học bắt ầu tách riêng thành khoa họ ộc lập (Vật lý cổ i n) Vật Lý Học nghiên cứu ặ tr ng, t nh hất, qui luật vận ộng mang tính tổng quát vật t ợng xảy tự nhiên nhằm hi u rõ chất vật t ợng ấy, từ ó vận dụng vào sống, phục vụ lợi h ho on ng ời Công cụ phƣơng pháp nghi n cứu Các t ợng xảy tự nhi n l ộc lập với ý thức củ on ng ời.Đ khám phá qui luật vật, t ợng, nhà vật l tr ớc h t phải bi t dùng công cụ on ng ời ch t o từ thô s i n qu n s t, o t, thu thập số liệu v diễn bi n vật t ợng ó Trong số tr ờng hợp, phải ti n hành thí nghiệm lặp l i, quan sát l i vật, t ợng, ồng thời th y ổi thông số nhằm rút ảnh h ởng thông số vào t ợng ó, ng x ịnh giới h n áp dụng củ ịnh luật Các số liệu thu ợc từ quan sát, thí nghiệm liệu rời r c, qua q trình xử lý (bằng qui tắc tốn học, bi u ồ, thị, …), liệu ó cho thông tin quan trọng v qui luật, chất vật, t ợng mà ta nghiên cứu - Đó h nh l ịnh luật vật lý Các thi t bị kỹ thuật từ giản n n phức t p nhà vật lý t o công cụ nhà vật lý thực nghiệm nghiên cứu th giới tự nhiên Công cụ toán học quan trọng nghiên cứu vật lý học chuyên ngành vật lý lý thuy t, n i m hầu h t nghiên cứu hình tốn họ k t quả, u dựa vào việc xây dựng mô mô tả t ợng vật lý, tính tốn ph ng trình to n họ ti n o n, s u ó so s nh với số liệu thực nghiệm rút ki m tra, hiệu chỉnh mơ hình Có th nói tốn học cơng cụ gần nh tay nhà vật lý lý thuy t khám phá tự nhiên Những năm gần y m y t nh iện tử phát tri n m nh mẽ v phần cứng lẫn phần m m ã trở thành cơng cụ vơ hữu hiệu tay nhà vật l khám phá tự nhiên Ngày việ dùng m y t nh iện tử tốn phức t p khơng th giải ph giải số gần úng i ng ph p giải tích cịn cơng cụ hữu hiệu mô t ợng tự nhi n… C ịnh luật vật lý cho bi t qui luật bi n ổi vật, t ợng, nh ng h ho bi t chất bên vật, t ợng Đ hi u rõ chất vật, t ợng, cần nêu giả thuy t thuy t giải thích l i vận ộng theoqui luật N u giả r giải th h ợc qui luật vận ộng vật t ợng vừa quan sát mà giải th h ợc nhi u k t thực nghiệm, quan sát khác trở thành thuy t khoa học Từ ó hi u sâu thêm v chất bên vật, t ợng Vai trò khoa học vật lý cu c sống ngành khoa học khác ản, thành tựu nghiên cứu góp phần thúc Vật lý ngành khoa họ ẩy ngành khoa học kỹ thuật khác phát tri n có ảnh h ởng lớn n ời sống xã hội học nhiệt họ Ví dụ, thành tựu củ n n văn minh kh th kỷ 18, 19 học ầu th kỷ 20 ã thú m n ph ã thú ẩy phát tri n m nh mẽ ng t y, th nh tựu củ ẩy phát tri n thời kỳ hậu công nghiệp iện- iện tử kh Tây âu ặc biệt Hoa kỳ ng p dụng thành tựu nghiên cứu Ngày ngành kỹ thuật vật lý học vào sống ngày nhanh, máy dùng y họ nh si u m, hụp cắt lớp, chụp cộng h ởng từ h t nh n…l ví dụ ầy thuy t phục v óng góp to lớn vật lý học vào sống l ợng s h ng l thách thứ nh ng Vấn ti m ng l vùng ất ầy ng hờ ợi khám phá, óng góp em Vật lý đại cƣơng Vật L Đi C ng l thống khái niệm, lý Các khái niệm, phận quan trọng Vật lý học.Nó hệ ịnh luật, lý thuy t ịnh luật, lý thuy t ản khoa học Vật ó, diễn tả hầu h t qui luật vận ộng chất vật t ợng tự nhi n v l sở Vật lý Học Có th nói Vật L Đ i C ng l x ng sống Khoa Học Vật Lý Vật L Đ i C ng gồm ó năm phần: Cơ học: Nghiên cứu chuy n ộng vật th vĩ mô ( huy n ộng Nhiệt học: Nghiên cứu chuy n ) ộng nhiệt h t vi mô (phân tử, nguyên tử) Điện học: Nghiên cứu qui luật, chất t ợng v Quang iện, từ học: Nghiên cứu qui luật chất t ợng v ánh sáng Pn   I (11.33) Khi nguồn ph t iện, phần l ợng nguồn cung cấp cho m ch ho t ộng- l ng n y l ó h; phần l ợng chuy n thành nhiệt làm nóng nguồn (do nguồn ó iện trở) – l ợng vơ ích Vậy, hiệu suất nguồn Pci  I  I 2r R H   Ptp Rr I ng Từ (11.34) suy hiệu suất nguồn (11.34) o iện trở m ch lớn h n iện trở nội nguồn Công suất cực đại nguồn điện Xét nguồn iện có suất iện ộng  , iện trở r, m h ngo i ó iện trở R Công suất nguồn ng h nh l PI R ông suất tiêu thụ m ch 2 R  r Áp dụng bất ẳng thức Cauchy ta có: R R 2 r    R  R  r  r , dấu “=” xảy R R = r o ó: P  Vậy: Pmax  2 4r 2 4r M t số tốn ví dụ Ví dụ 1:Một dịng iện xoay chi u ch y qua dây dẫn ó iện trở R = 6(Ω), s u thời gi n t = 24(s), iện l ợng qua dây dẫn q = 30(C) Tính nhiệt l ợng tỏa dây dẫn h i tr ờng hợp sau: a) Trong khoảng thời gi n t, ờng ộ dịng iện khơng ổi b) Trong khoảng thời gi n t, ờng ộ dòng iện giảm n tính dần tới khơng 362 Hướng dẫn giải a) W  RI 2t  R q 30 q2 q2 t  R  225( J ) ; I    1, 25( A) t t t 24 b) I  t  C , t  24s  I   24  C  C  24 t  0s  I  1,25( A)  C  1,25    0,052 24 I  0,052t  1,25( A) W   R(0,052t  1,25) dt  300( J ) Ví dụ 2: Một nguồn iện sứ iện ộng E iện trở r, m ch bi n trở R Chứng minh công suất iện tiêu thụ m h ngo i t giá trị cự i R = r Hình 11.20: Tính cơng suất tiêu thụ cực đại mạch Hướng dẫn giải Công suất tiêu thụ m ch ngoài: E  E  P  RI  R   Rr r    R  R  Mẫu số R r tổng hai số d R ng ó t h l r l số không ổi, nên theo bất r hay R = r R ẳng thức Cauchy, tổng ó ó gi trị cực ti u R  Vậy P =P max , R = r ( p m) v Pmax   E2 r r   E2 4r 363 11.8 MỘT SỐ PHƢƠNG PH P PH N GIẢI MẠCH ĐIỆN Phƣơng pháp biến đổi điện trở - Thay th - Bi n ổi s iện trở iện trở t m ch phức t p th nh s Chú ý: N u h i nút ng t ồm ht ng với chúng ng ng ợc nối với dây dẫn Ampe k ta chập h i nút ó l i N u h i nút n giản h n ợc nối với thông qua ợc nối với thông qua Vôn k tụ iện ta bỏ o n dây có chứa Vơn k tụ - Áp dụng ịnh luật Ohm 1.1 Mạch nối tiếp Rtñ  R1  R2   Rn U AB  U1  U   U n R1 A R2 Rn B I AB  I1  I   I n 1.2 Mạch song song R1 1 1     Rtñ R1 R2 Rn R2 A Ri U AB  U1  U   U n I AB  I1  I   I n B Rn Hình 11.21: Mạch điện trở mắc nối tiếp song song 364 1.3 M t số tốn ví dụ Ví dụ 1: Cho m h iện nh U AB  54V Tìm hình vẽ R1  36 , R2  12 , R3  20 , R4  30 , ờng ộ dòng iện qua iện trở? Hướng dẫn giải B R3 R4 20.30   12 R3  R4 20  30 R34ntR2 nên R234  R2  R34  12  12  24 Ta có: R1 A D B R3 R2 C D Hình 11.22: Tính cường độ dịng điện qua điện trở U1 54   1,5 A R1 36 I 234  R4 R4 U1  U 234  U AB  54V I1  C R3 R1 Ta vẽ l i m ch R3 / / R4 nên R34  R2 A U 234 54   2,25 A R234 24 Do R34 ntR2 nên I  I34  I 234  2,25 A U34  R34 I34  12  2,25  27V Do R3 / / R4 nên U3  U  U34  27V  I3  U 27   1,35 A R3 20  I4  U 27   0,9 A R4 30 Vậy I1  1,5 A , I  2,25 A , I3  1,35 A , I  0,9 A Ví dụ 2: Cho m h iện nh hình vẽ Bi t RA  ; R1  R3  30 ; R2  5 ; R4  15 ; U AB  90V T nh ờng ộ dòng iện qu iện trở Hướng dẫn giải 365 Do RA  nên VB  VD , chập B, D l i ta vẽ l i m h nh s u R34  R3.R4 30.15   10 R3  R4 30  15 R1 R2 R234  R2  R34   10  15 A B R4 Do R1 / / R234 nên D A R1 U1  U 234  U AB  90V  I1  R3 C A U1 90   3A R1 30 R2 U 90 I 234  234   6A R234 15 B, D R3 R4 Hình 11.23: Tính cường độ dịng điện qua điện trở R34ntR2 : I34  I 234  A U34  I34 R34  6.10  60V R3 / / R4 : U3  U  U34  60V I3  U 60   2A R3 30 T i nút D, ta có: I A  I3  I1    A Phƣơng pháp dòng điện phân nhánh - Áp dụng qui tắc Kirchhoff cho nút cho m ch kín Ví dụ: Cho m h iện nh hình vẽ 1  4V ; 2  1V , r1  r2  ; R1  10 ; R2  20 ; R3  30 ; C  1 F Tìm ờng ộ dịng iện qu iện trở Hướng dẫn giải: I  A RC   T i nút B: I3  I  I1 (a) T i hai vịng kín: 2  I3 R3  I R2  366  1  30I3  20I  (b) 1  I1R1  I R2  R3  4  10I1  20I  Từ ( ), ( ), ( ) t C (c) ợc: C 2 B I1  0,2 A , I  0,1A ; I3  0,1A R2 Chi u dòng iện qua R2 phải ổi l i từ B  D D R4 A R1 1 Hình 11.24: Tính cường độ dịng điện qua điện trở 11.9 T M TẮT NỘI DUNG Các khái niệ 1.1 Dòng điện + Khái niệm: - Dòng điện dịng chuy n dời có hướng hạt mang điện - Chiều dòng điện qui ước chiều chuy n dời có hướng hạt mang điện dương + Bản chất củ dòng iện: - Trong kim lo i: dòng iện dòng chuy n dời ó h ớng electron tự - Trong chất iện ph n: dòng iện dòng chuy n dời ó h ớng củ ion d ng v ion âm - Trong chất kh : dòng iện dịng chuy n dời ó h ớng củ ion d ng, ion m, electron tự - Trong chất bán dẫn: dịng iện dịng chuy n dời ó h ớng electron lỗ trống 1.2 Cƣờng đ dòng điện Định nghĩ : Cường độ dòng điện đại lượng vơ hướng có trị số điện lượng di chuy n qua tiết diện thẳng S vật dẫn đơn vị thời gian 367 i dq dt Điện l ợng q chuy n qua ti t diện ngang S thời gian t t q   idt N u ph ng, hi u, v ờng ộ dịng iện khơng ổi theo thời gi n dịng iện ợc gọi l dịng iện khơng ổi I n vị q t ờng ộ dịng iện: ampe (A) 1.3 Véc tơ mật đ dòng điện Định nghĩ : V t mật ộ dòng iện j t i i m M v t có: - Đi m ặt t i i m M - Chi u chi u chuy n ộng của h t tích iện d dSn , ng i qu phần tử diện tích i m M - Độ lớn ờng ộ dòng iện qua n vị diện t h ặt vng góc với h ớng ấy, tức là: j  dI / dSn - Đ n vị: Trong hệ SI, Định luật Oh n vị o mật ộ dòng iện A / m cho đoạn mạch đồng chất 2.1 Định luật ohm I R gọi l V1  V2 U  R R iện trở củ o n dây, V1, V2 lần l ợt l iện th h i ầu o n dây, U hiệu iện th h i ầu o n dây 2.2 Điện trở điện trở suất Điện trở R o n dây dẫn ồng tính ti t diện tỉ lệ nghịch với diện tích ti t diện vng góc S củ u tỉ lệ thuận với chi u dài l o n d y ó 368 R Trong ó hệ số  gọi l l S iện trở suất, phụ thuộc vào chất tr ng thái dây dẫn 2.3 Dạng vi phân định luật Ohm Bi u thứ ộ lớn: j   E Bi u thức d ng v t : j E Định luật Ohm cho mạch kín 3.1 Nguồn điện – Suất điện đ ng Suất iện ộng nguồn iện l n vị iện t h d i l ợng có giá trị cơng lực l làm dịch chuy n ng i vịng quanh m ch kín nguồn ó A*  q 3.2 Định luật Ohm cho mạch kín Cơng thứ ịnh luật Ohm cho m h iện kín (hay tồn m ch) có d ng: I N uRl  Rtm iện trở m h ngo i v r l I iện trở nội ( iện trở trong) nguồn thì:  Rr Trong tr ờng hợp m ch kín có nhi u nguồn mắc nối ti p I  i i Rr Định luật Ohm tổng quát 4.1 Công thức định luật Ohm tổng quát Công thứ ịnh luật Ohm tổng quát: 369 U AB  i   I i Ri i i Với qui nh s u: N u vi t U AB chi u i l từ n u gặp cự d n Tr n ờng i ó, ng nguồn tr ớc suất iện ộng nguồn ó lấy dấu d ng ợc l i lấy dấu âm; n u i ùng hi u dịng iện củ nh nh n o củ nh nh ó lấy dấu d ng, ờng ộ dịng iện ng, ng ợc l i lấy dấu âm Phƣơng tr nh li n tục Ph ng trình li n tục: div j     hay div j  0 t t Trong tr ờng hợp dòng iện khơng ổi div j  Các quy tắc Kirchhoff 6.1 Qui tắc (về nút) T i nút m h iện, tổng ộ ờng ộ dòng iện i v o nút ằng tổng ờng dòng iện từ nút i r I vào  I Định luật hệ củ ịnh luật bảo toàn t i nút 6.2 Qui tắc (về vịng kín) Trong vịng kín, tổng i số suất iện ộng v ộ giảm th tr n iện trở không     I R 0 i i Muốn vi t ph i i i ng trình ho vịng kín cụ th , ta phải chọn cho vịng kín chi u thuận ( chi u kim ồng hồ hoặ ng ợc chi u kim ồng hồ) òng iện I i mang dấu (+) n u chi u với chi u thuận mang dấu (-) tr ờng hợp ng ợc l i Suất iện ộng  i mang dấu (-) n u chi u thuận i v o ự d m, i r từ cực ng nguồn mang dấu (+) tr ờng hợp ng ợc l i 370 Định luật Joule-Lenz, công cơng suất dịng điện 7.1 Định luật Joule – Lenz Nhiệt lượng tỏa đoạn mạch tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dịng điện, với điện trở đoạn mạch thời gian dòng điện chạy qua Q  I Rt 7.2 Công cơng suất dịng điện - Cơng củ dịng iện sinh r tr n o n m ch MN AMN  qU MN AMN  U MN It hay - Cơng suất củ dịng iện tr n o n m ch MN là: PMN  Trong hệ SI, AMN  U MN I t n vị o ông l J (jun), cơng suất W (ốt) 1kWh  3,6.106 J - N u o n m ch MN trở PMN  U MN I  I RMN - N u U MN  RMN o n m ch MN chứa máy thu từ ịnh luật Ohm tổng quát suy U MN    Ir công suất tiêu thụ máy thu là: P   I  I 2r  ợc gọi suất phản iện máy thu - Đối với m ch kín: P  UI  I 2r 7.3 Công suất hiệu suất nguồn điện Công suất nguồn iện là: 371 Pn   I Hiệu suất nguồn là: H Pci  I  I 2r R   Ptp Rr I M t số phƣơng pháp ph n giải mạch điện 8.1 Phƣơng pháp biến đổi điện trở iện trở iện trở t - Thay th - Bi n ổi s m ch phức t p th nh s ng t ồm ht ng với chúng ng ng n giản h n - Áp dụng ịnh luật Ohm 8.2 Phƣơng pháp dòng ện phân nhánh - Áp dụng qui tắc Kirchhoff cho nút cho m ch kín 11.10 C U HỎI L THUYẾT VÀ BÀI TẬP Câu hỏi lý thuyết 1) Ðịnh nghĩ v dòng iện Ði u kiện 2) Ðịnh nghĩ v 3) N u t i u thứ ủ v ó dòng iện Chi u qui t mật ộ dòng iện, ủ dòng iện? ờng ộ dòng iện? dụng ủ dòng iện? 4) Ðịnh luật Ohm ho o n m h ồng hất Ðộ dẫn iện, iện trở Sự phụ thuộ ủ iện trở v o nhiệt ộ? 5) Ðịnh luật Ohm d ng vi ph n Ðịnh luật Ohm d ng tổng qu t ho o n m h ó nguồn v m y ph t Ðịnh luật Ohm ho m h k n? 6) Ðịnh luật Joule-Lenz d ng th ờng v d ng vi ph n Công Ứng dụng ủ ông suất ủ ịnh luật Joule-Lenzt? 7) Ðịnh luật Kir hhoff ho m h ph n nh nh ( Nút m ng v Mắt m ng Ph giải o n m h ng ph p i tập ho m h ph n nh nh? 372 Bài tập Bài tập 1: Một dịng iện khơng dổi ó ờng ộ I = 4,8 A ch y qua dây kim lo i, ti t diện thẳng 1cm2 Tính: a) Số electron qua ti t diện thẳng dây 1s b) Vận tốc trung bình chuy n ộng ịnh h ớng electron Cho bi t mật electron tự 3.10 20 ĐS: a) n  3.1019 electron / s b) v  105 (m / s) Bài tập 2: Cho m h iện nh hình vẽ Bi t E1 =8V, r1 = 0,5  , E3 =5V, r2 =  , R1 = 1,5 , R2 = , R3 = Mắc vào hai N i m A, B nguồn iện E2 ó iện trở khơng ng k dịng I2 qua E2 có chi u từ n A R1 ó ộ lớn I2 = 1A Tính E2 cự d ng E2 E1,r1 R2 ợc mắ v o i m nào? ĐS: E2 =  V Vì E2 < nên cực dương mắc với B Bài tập 3: Hình n l s m h R3 I2 I1 iện gồm E2,r2 A B M I3 y u tố sau: 1  2,1(V );   6,3(V ); R1  1,7(); R2  3,5() ) Hãy tìm ờng ộ dịng iện o n m ch b) Tính hiệu iện th giữ h i i m a b  i1  0,82( A)  ĐS: a) i2  0,4( A) i  0,42( A) 3 Bài tập 4: Đ mắ b b) U  4,9(V ) ờng dây tải iện từ ị i m n ị i m B, ta cần 1000 kg dây dẫn Muốn th y d y ồng dây nhôm mà ảm bảo chất l ợng truy n iện, phải dung kg dây nhôm? Cho bi t khối l ợng riêng củ ồng nhôm lần l ợt cu  8900kg / m3 ;  Al  2700kg / m3 ĐS: mAl  493,65kg 373 Bài tập 5: Tố ộ chuy n ộng ó h ớng ion Na + Cl- n ớc có th tính theo cơng thứ v = µE, ó E l ờng ộ iện tr ờng, µ l ộ linh ộng có giá trị lần l ợt 4,5.10-8 m2/V.s 6,8.10 -8 m2/V.s T nh iện trở suất dung dịch NaCl nồng ộ 0,1 mol/l Ch toàn phân tử N Cl u bị phân li thành ion ĐS:   0,918.m Bài tập 6: ) Ước tính thời gian tự trung ình ồng 200C với giải thi t có dịng electron tự tính nguyên tử ồng b) Giả thi t tố quãng ộ trung bình electron tự vào cỡ 10 6m/s, tính ờng tự trung ình ồng ĐS: a)   2,51.1014 s Bài tập 7: b)   108 m òng iện cự i cho phép dây dẫn ồng cỡ 12 có bán kính = 1,03 mm, = 3,31.10 -6 m2, mắc m h iện gi ình l 20 ) T nh iện trở dây dẫn ồng cỡ 12 có chi u dài l = 1m b) Tính hiệu iện th ĐS: a) R  5,05.103  ặt l n o n dây dẫn ó ờng ộ dịng iện 20A b) U = 0,1V 374 TÀI LIỆU TH M KHẢO [1] L ng uy n ình, Giáo trình vật l đại cương – tập 1,2,3 Nhà xuất giáo dục, 2008 [2] H llid y hủ i n, C sở Vật l ( s h dị h) , Nh xuất giáo dục, 2008 [3] Gi o trình vật l i ng 1, tr ờng Đ i họ Cơng Nghiệp TP.HCM [4] Gi o trình Vật l i ng 1, tr ờng Đ i họ Đ Nẵng [5] Ngô Nhật Ảnh, Tr ng Trọng Tuấn Mỹ, Bài tập trường điện từ, Nhà xuất Đ i học quốc gia TP.HCM, 2008 [6] Tơn Tích Ái, Bài tập điện từ, Nhà xuất Đ i học Quốc gia Hà Nội, 2009 [7] Nguyễn Thị Bé Bảy, Nguyễn ng Hùng, Bài tập vật l đại cương – nhiệt – điện –từ) Nhà xuất Đ i học Quốc gia TP.HCM, 2011 [8] L ng uy n ình, Nguyễn Hữu Hồ, L Văn Nghĩ v Nguyễn Quang Sính, Bài tập vật lý đại cương, tập điện – dao động – sóng) Nhà xuất giáo dục, 2010 [9] L ng uy n ình, Nguyễn Quang Hậu, Giải tập toán sở vật lý, Nhà xuất Giáo dục, 2007 [10] Nguyễn Quang Hậu, Bài tập vật l đại cương Điện học Điện từ học, Nhà xuất Đ i học quốc gia Hà Nội, 2008 [11] Trần Ngọc Hợi, Ph m Văn Thi u, Vật l đại cương nguyên l ứng dụng, Nhà xuất Đ i học Quốc gai Hà Nội, 2009 [12] V Th nh Khi t, Điện Từ, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [13] Nguyễn Thành Vấn, Vật l đại cương Điện – Từ - Quang), Tủ s h tr ờng Đ i học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, 2009 375 [14] Nguyễn Thành Vấn, Bài tập vật l đại cương Điện – Từ - Quang), Tủ s h tr ờng Đ i học Khoa học Tự nhiên TPHCM, 2009 [15] Yung-Kuolim, Bài tập lời giải Điện từ học, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [16] Trần Quố H , Gi o trình thi n văn i ng, ĐH S Ph m tp.HCM( online) 376 ... trường GIÁO TRÌNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 + A2 TS Võ Văn Ớn chủ biên Năm 2015 MỤC LỤC Chƣơng 0: MỞ ĐẦU §0.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VẬT LÝ HỌC §0.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ... khám phá, óng góp em Vật lý đại cƣơng Vật L Đi C ng l thống khái niệm, lý Các khái niệm, phận quan trọng Vật lý học.Nó hệ ịnh luật, lý thuy t ịnh luật, lý thuy t ản khoa học Vật ó, diễn tả hầu... nhi n Các đại lƣợng vật lý hệ đơn vị SI - Mỗi tính chất hay thuộc tính vật, t ợng, gọi l -C i l ợng vật lý i l ợng vô hướng ,v c tơ hay tenxơ,… i l ợng vật lý có th l - Đo i l ợng vật l l so