Giáo trình điện kỹ thuật (nghề điện công nghiệp) trường cđ cộng đồng lào cai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI BBÀÀII GGIIẢẢNNGG MMÔÔNN HHỌỌCC ĐĐIIỆỆNN KKỸỸ TTHHUUẬẬTT NGHỀ ĐÀO TẠO ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (Áp dụng cho trình độ Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 1 L[.]

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI BÀI GIẢNG MÔN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP (Áp dụng cho trình độ: Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 LỜI GIỚI THIỆU Tập giảng Điện kỹ thuật biên soạn sở chương trình khung nghề Vận hành nhà máy thủy điện, viết cho đối tượng đào tạo hệ cao đẳng.Vì nội dung bám sát chương trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt hiệu Bài giảng chia làm 04 chương, đó: Chương 1: Cung cấp kiến thức điện tích, điện trường, điện thế, giải thích tượng điện, điện trường, tác dụng điện trường lên vật dẫn, lên điện môi Chương 2: Cung cấp kiến thức mạch điện chiều (dòng điện, cường độ dịng điện, điện trở, điện trở suất, cơng suất, điện năng), viết, giải thích, vận dụng linh hoạt biểu thức tính tốn mạch điện chiều tính tốn thơng số (điện trở, dịng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) mạch điện chiều nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp Chương 3: Cung cấp kiến thức từ trường, lực từ, đường sức từ trường mối liên quan điện - từ, từ - điện, chiều từ trường dây dẫn, vòng dây, ống dây; vận dụng để xác định phương, chiều, độ lớn lực điện từ, véc tơ sức điện động cảm ứng, từ thông Chương 4: Cung cấp kiến thức đặc điểm dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Vận dụng để tính tốn thơng số (tổng trở, dòng điện, điện áp ) mạch điện xoay chiều pha ba pha TẬP BÀI GIẢNG Tên môn học: Điện kỹ thuật Mã số môn học: MH 10 Thời gian môn học: 75giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thí nghiệm, tập, thảo luận: 43 giờ; Kiểm tra: giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Vị trí: Điện kỹ thuật mơn học kỹ thuật sở danh mục môn học/mơđun đào tạo bắt buộc thuộc chương trình dạy nghề Vận hành nhà máy thuỷ điện Môn học trang bị cho người học kiến thức sở điện để người học học tiếp môn liên quan; - Tính chất: Mơn học dược bố trí giảng dạy trước học môn học/ mô đun chuyên môn II MỤC TIÊU MÔN HỌC: * Kiến thức: - Vận dụng khái niệm trường điện từ, mạch điện, mạch từ để giải thích tượng điện, ứng dụng cơng thức để tính tốn thông số mạch từ mạch điện chiều xoay chiều * Kỹ năng: - Phân biệt loại điện trở, tụ điện, cuộn cảm, nam châm điện, nam châm vĩnh cửu, loại dây nối, bo mạch - Thao tác thục thiết bị điện xoay chiều, chiều; - Sử dụng thành thạo dụng cụ đo, dụng cụ nghề điện như: mỏ hàn, kìm điện, tuốc nơ vít * Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Tích cực, chủ động nghiêm túc học tập MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Mục lục CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN Hiện tượng nhiễm điện 1.1 Sự nhiễm điện 1.2 Hai loại điện tích 1.3 Giải thích tượng nhiễm điện thuyết điện tử 1.4 Nhiễm điện hưởng ứng Khái niệm điện trường 2.1 Định luật Cu lơng 2.2 Định nghĩa tính chất điện trường; 2.3 Cường độ điện trường đường sức điện trường Điện - hiệu điện 3.1 Công lực điện trường 3.2 Điện thế; 3.2 Hiệu điện Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi 4.1 Vật dẫn điện trường 4.2 Điện môi điện trường Câu hỏi ôn tập chương CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Khái niệm dòng điện chiều 1.1 Dòng điện dòng điện chiều 1.2 Chiều quy ước dòng điện 1.3 Cường độ mật độ dòng điện Mạch điện phần tử mạch điện 2.1 Mạch điện 2.2 Các phần tử cấu thành mạch điện Các định luật biểu thức mạch điện chiều 3.1 Định luật Ơm; 3.2 Cơng suất điện mạch điện chiều 3.3 Định luật Jun - Len xơ 3.4 Định luật Pha 3.5 Hiện tượng nhiệt điện Các phương pháp giải mạch điện chiều 4.1 Phương pháp biến đổi điện trở 3 6 8 8 9 11 11 12 12 13 13 14 18 19 19 19 20 20 20 20 22 22 23 25 26 27 29 29 4.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện 4.3 Các phương pháp ứng dụng định luật Kiếc Khốp Câu hỏi ôn tập chương CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Đại cương từ trường 1.1 Tương tác từ 1.2 Khái niệm từ trường 1.3 Đường sức từ Từ trường dòng điện 2.1 Từ trường dây dẫn thẳng 2.2 Từ trường vòng dây từ trường ống dây Các đại lượng đặc trưng từ trường 3.1 Sức từ động 3.2 Cường độ từ trường 3.3 Cường độ từ cảm 3.4 Hệ số từ thẩm 3.5 Vât liệu từ Lực từ 4.1 Công thức Am pe 4.2 Quy tắc bàn tay trái 4.3 Lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng 4.4 Ứng dụng Hiện tượng cảm ứng điện từ 5.1 Từ thông 5.2 Công lực điện từ 5.3 Hiện tượng cảm ứng điện từ 5.4 Sức điện động cảm ứng vịng dây có từ thơng biến thiên; 5.5 Sức điện động cảm ứng dây dẫn thẳng chuyển động cắt từ trường 5.6 Ứng dụng Hiện tượng tự cảm hỗ cảm 6.1 Từ thông móc vịng hệ số từ cảm 6.2 Sức điện động tự cảm 6.3 Hệ số hỗ cảm 6.4 Sức điện động hỗ cảm 6.5 Ứng dụng: Nguyên lý máy biến áp 6.6 Dịng điện Phu ứng dụng Câu hỏi ôn tập chương 34 35 43 45 45 46 46 47 47 48 50 50 50 50 51 51 52 52 52 52 53 53 53 54 54 55 55 56 57 57 58 58 58 59 60 61 CHƯƠNG 4: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Khái niệm dòng điện xoay chiều 1.1 Dòng điện xoay chiều 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 1.3 Dịng điện xoay chiều hình sin 1.4 Pha lệch pha 1.5 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc tơ Các đại lượng đặc trưng Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 3.1 Giải mạch xoay chiều trở, cảm dung 3.2 Giải mạch xoay chiều RLC 3.3 Giải mạch xoay chiều có nhiều phần tử mắc nối tiếp 3.4 Công suất hệ số công suất mạch xoay chiều 3.5 Cộng hưởng điện áp Giải mạch xoay chiều phân nhánh 4.1 Giải mạch phương pháp đồ thị vec tơ 4.2 Giải mạch phương pháp tổng dẫn 4.3 Cộng hưởng dòng điện 4.4 Phương pháp nâng cao hệ số công suất Mạch xoay chiều pha 5.1 Hệ thống pha cân 5.2 Sơ đồ đấu dây mạng pha 5.3 Công suất mạng pha 5.4 Phương pháp giải mạch ba pha cân Câu hỏi ôn tập chương Tài liệu tham khảo 62 62 62 62 63 64 66 67 67 73 74 75 78 82 82 83 88 89 91 91 93 97 98 102 103 CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Trình bày khái niệm điện tích, điện trường, điện thế; - Giải thích tượng điện, điện trường, tác dụng điện trường lên vật dẫn, lên điện môi - Chủ động, nghiêm túc học tập II NỘI DUNG CHI TIẾT HIỆN TƯỢNG NHIỄM ĐIỆN 1.1 SỰ NHIỄM ĐIỆN Ta biết ta cọ xát vật thủy tinh, nhựa,…vào lụa,…thì vật hút vật nhẹ mẩu giấy, sợi bơng,…ta nói vật bị nhiễm điện Ngày dựa vào tượng hút vật nhẹ để kiểm tra xem vật có nhiễm điện hay không Vật bị nhiễm điện gọi vật mang điện, vật tích điện hay điện tích Dựa vào đặc điểm vật nhiễm điện có khả hút vật khác phóng tia lửa điện sang vật khác Cho nên muốn biết vật nhiễm điện hay chưa ta đưa vật cần nhận biết đến gần: - Các vật nhẹ, nếu: + Nó hút vật nhẹ vật nhiễm điện + Nó khơng hút vật nhẹ chưa nhiễm điện - Các vật nhiễm điện khác, có thể: + Có tượng phóng điện vật bị nhiễm điện + Khơng có tượng phóng điện vật chưa nhiễm điện 1.2 HAI LOẠI ĐIỆN TÍCH Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét Có hai loại điện tích điện tích dương (kí hiếu dấu +) điện tích âm (kí hiệu dấu -) Điện tích chứa vật số nguyên lần điện tích nguyên tố Điện tích hạt electron điện tích nguyên tố âm, điện tích hạt proton điện tích nguyên tố dương Các điện tích có tượng tương tác điện hút đẩy nhau, hai điện tích loại (dấu) đẩy nhau, hai điện tích t khác loại (dấu) hút 1.3 GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG NHIỄM ĐIỆN BẰNG THUYẾT ĐIỆN TỬ Nhà bác học Anh Tomson đưa học thuyết điện tử gồm nội dung: Mọi vật chất tự nhiên tập hợp nhiều nguyên tử chất - Kết cấu nguyên tử chất gồm hai phần: + Hạt nhân mang điện tích dương Nhiều điện tử, điện tử mang điện tích âm nguyên tố (là điện tích âm nhỏ -1,6.10-19C) Các điện tử nguyên tử chuyển động theo nhiều quỹ đạo khác Điện tử gọi hạt sơ cấp, cấu tạo nhỏ vật chất phân chia Ngun tử trung hồ điện điện tích dương hạt nhân tổng điện tích âm điện tử nguyên tử Kết cấu cân điện nguyên tử khó phá vỡ Hiện tượng ion hoá: Việc phá vỡ kết cấu trung hoà điện nguyên tử gọi ion hố Để ion hóa phải có tác nhân bên như: nhiệt lượng, va đập học,…Sau bị ion hoá, nguyên tử nhận thêm điện tử từ nguyên tử khác ( chất mà khác chất ) gọi ion âm Nguyên tử bị bớt điện tử gọi ion dương Học thuyết điện tử học thuyết vào chuyển động điện tử (chuyển động nguyên tử, chuyển động sang nguyên tử khác, chuyển động sang vật khác…) để giải thích đặc tính điện tượng điện a Nhiễm điện cọ xát: Việc cọ xát thuỷ tinh vào mảnh lụa làm cho số điện tử từ nguyên tử thuỷ tinh chuyển sang nguyên tử lụa, nguyên tử thuỷ tinh trở thành ion dương Thanh thuỷ tinh nhiễm điện dương ma sát Ngược lại lúc nguyên tử lụa nhận thêm điện tử trở thành ion âm, mảnh lụa nhiễm điện âm ma sát Tương tự cọ xát nhựa vào mảnh dạ, điện tử từ chuyển sang nhựa làm cho nhựa nhiễm điện âm, mảnh nhiễm điện dương ma sát b Nhiễm điện tiếp xúc: Nếu cho vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện bị nhiễm điện dấu với vật Giải thích: Vật không mang điện tiếp xúc với vật nhiễm điện âm điện tử từ vật nhiễm điện âm chuyển sang vật khơng nhiễm điện làm cho vật trở thành nhiễm điện âm tiếp xúc Ngược lại tiếp xúc với vật nhiễm điện dương vật trở thành nhiễm điện dương điện tử di chuyển từ vật không nhiễm điện sang vật nhiễm điện dương nên vật trở thành vật nhiễm điện dương Những vật chất nhiễm điện tiếp xúc gọi chất dẫn điện Ví dụ: Kim loại ( đồng, nhôm, sắt…) 1.4 NHIỄM ĐIỆN DO HƯỞNG ỨNG Hình 1.1: Hiện tượng nhiễm điện hưởng ứng Đưa vật B không nhiễm điện đến gần vật A nhiễm điện (dương âm), vật B đầu gần với vật A nhiễm điện trái dấu với vật A, phía xa nhiễm điện dấu với A Đó tượng nhiễm điện hưởng ứng Đưa vật B không nhiễm điện đến gần vật A nhiễm điện dương (hoặc âm), mơ tả hình điện tử vật B bị hút (hoặc đẩy) điện tử di chuyển đầu gần (hoặc đầu xa) vật A, làm cho vật B phía gần với vật A nhiễm điện trái dấu với vật A, phía xa nhiễm điện dấu với A Những chất không dẫn điện tiếp xúc nhiễm điện hưởng ứng gọi chất cách điện hay chất điện mơi Ví dụ ( gỗ, sứ, khơng khí, giấy, ) KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TRƯỜNG 2.1 ĐỊNH LUẬT CU - LƠNG Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau, lực tương tác điện tích gọi tương tác điện Năm 1785, thực nghiệm, Coulomb (nhà bác học người Pháp 1736 – 1806) xác lập biểu thức định lượng tương tác hai điện tích có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng đặt đứng yên chân không Nội dung: Lực hút hay đẩy hai diện tích điểm đặt chân khơng có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng F  k q1.q2 (1.1) r2 Trong đó: q1 , q2 độ lớn hai điện tích k hệ số tỉ lệ, k  9.109 N m , r khoảng cách hai điện tích C2 Nếu hai điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính lực tương tác hai điện tích yếu  lần so với đặt chúng chân không Công thức định luật Cu – lông trường hợp này: F  k q1 q2 (1.2)  r  số điện môi Bảng số điện môi số chất 2.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐIỆN TRƯỜNG Điện trường mơi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Nơi có điện tích xung quanh điện tích có điện trường Tính chất điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt Một điện tích Q nằm điểm khơng gian gây xung quanh điện trường Một điện tích q nằm điện trường bị Q tác dụng lực điện ngược lại, q tác dụng lên Q lực Chính nhờ tính chất mà ta biết có mặt điện trường, hai điện tích Q q không trực tiếp tác động lên mà mà Q gây quanh điện trường điện trường tác dụng lên điện tích q, ngược lại Lực gọi lực điện trường 2.3 CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN a, Cường độ điện trường Định nghĩa: Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực điện trường điểm Nó xác định thương số độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt điểm độ lớn q E F q (1.3) E Cường độ điện trường điểm mà ta xét Cường độ điện trường biểu diễn vectơ gọi vectơ cường   F độ điện trường: E  (1.4) q  E : Phương chiều trùng với phương chiều lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương, chiều dài biểu diễn độ lớn cường độ điện trường theo tỉ xích  Nếu E không đổi phương chiều độ lớn điểm điện trường ta có điện trường b, Đường sức điện Định nghĩa: đường mà tiếp tuyến điểm giá vectơ cường độ điện trường điểm Nói cách khác đường mà lực điện tác dụng dọc theo Hệ đường sức là tập hợp đường sức mơ tả khơng gian có điện trường Tập hợp đường sức điện trường gọi phổ đường sức điện trường hay điện phổ Hình 1.2 Hình dạng đường sức điện số điện trường a Đường sức điện tích dương b Đường sức điện tích âm c Đường sức hệ điện tích dương đặt gần d Đường sức điện tích dương điện tích âm đặt gần Các đặc điểm đường sức điện: + Qua điểm điện trường có đường sức điện mà + Đường sức điện đường có hướng Hướng đường sức điện điểm hướng vectơ cường độ điện trường điểm + Đường sức điện điện trường tĩnh điện đường khơng khép kín Nó từ điện tích dương kết thúc điện tích âm Trong trường hợp có 10 điện tích đường sức từ điện tích dương vơ cực từ vơ cực tới điện tích âm + Tuy đường sức điện dày đặc người ta chie vữ số đường theo quy ước: Số đường sức điện qua diện tích định đặt vng góc với đường sức điện điểm mà ta xét tỉ lệ với cường độ điện trường điểm Như vậy: chỗ có cường độ điện trường mạnh số đường sức từ mau, chỗ có cường độ điện trường nhỏ số đường sức từ thưa, điện trường đường sức đường thẳng song song cách ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ 3.1 CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG Công lực điện trường lượng điện trường dùng để di chuyển điện tích từ điểm đến điểm khác điện trường Điện tích Q di chuyển theo đường thẳng MN, làm với đường sức điện góc α, với MN = s Công lực điện di chuyển điện tích điện trường từ M đến N:  A MN  F s  F s.cos  Mà ta có: F = E.d s.cos   d A MN  q.E.d (1.5)  Trong α góc lực F độ dời s , d hình chiếu độ dời s đơn vị đường sức điện + Nếu α < 900 cosα >0, d > AMN > + Nếu α > 900 cosα < 0, d < AMN < Điện tích q di chuyển theo đường gấp khúc MPN Tương tự trên, ta có: AMPN = Fs1.cosα1 + Fs2cosα2 Với s1.cosα1 + s2cosα2 = d, ta có AMPN = qEd Trong đó, d = MH khoảng cách hình chiếu từ điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối đường đường sức điện Kết mở rộng cho trường hợp đường từ M đến N đường gấp khúc đường cong Như vậy, công lực điện di chuyển điện tích điện trường từ M đến N là: AMPN = qEd 11 Công lực điện trường không phụ thuộc vào hình dạng đường mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M điểm cuối N đường 3.2 ĐIỆN THẾ Định nghĩa: Điện điểm M điện trường đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường phương diện tạo đặt điện tích q Nó xác định thương số công lực điện tác dụng lên q q di chuyển từ M vô cực độ lớn q: VM  AM  q (1.6) Đơn vị điện thế: Vơn kí hiệu V Đặc điểm điện thế: + Là đại lượng đại số q > nên AM∞ > V M > Nếu AM∞ < VM < + Điện đất điểm vô cực thường chọn làm mốc + Điện điểm M gây điện tích q: VM  K q r (1.7) Khi điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N điện trường cơng mà lực điện tác dụng lên điện tích sinh độ giảm điện tích q điện trường: AMN  VM  VN 3.3 HIỆU ĐIỆN THẾ Hiệu điện hai điểm M N hiệu điện M VM điện N VN : U MN  VM  VN  U MN  VM  VN  AM  AN   q q Mà AM   AMN  AN  => U MN  AMN AN  AN  A    U MN  MN q q q q Định nghĩa: Hiệu điện hai điểm M N điện trường đặc trưng cho khả sinh công điện trường di chuyển điệm tích từ M đến N Nó xác định thương số công lực điện tác dụng lên điện tích q di chuyển từ M đến N độ lớn q: U MN  AMN q (1.8) Đơn vị hiệu điện Vôn (V) 12 Vôn hiệu điện hai điểm mà di chuyển điện tích q = 1C từ điểm đến điểm lực điện sinh công J Xét hai điểm M N đường sức điện điện trường Nếu di chuyển điện tích q đường thẳng MN cơng lực điện là: AMN = qEd với d = MN Hiệu điện hai điểm M N là: U MN  AMN q.E.d U   E.d  E  q q d (1.9) Công thức cho thấy ta lại dùng đơn vị cường độ điện trường Vôn mét (V/m) TÁC DỤNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG LÊN VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI 4.1 VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG Hiện tượng: Khi chưa có điện trường tác dụng vào vào vật dẫn electron tự luôn chuyển động hỗn loạn Khi đặt vật dẫn vào điện trường ngồi electron tự chuyển động hỗn độn vật dẫn phân bố lại để tạo điện trường làm tác dụng điện trường xâm nhập vào Trạng thái mà điện trường vật dẫn không gọi trạng thái cân tĩnh điện Trong vật dẫn kim loại tác dụng điện trường ngồi dù nhỏ electron chuyển động có hướng tạo thành dịng điện dịng điện tồn thời gian ngắn Vậy muốn electron tự nằm cân vật dẫn cần thỏa mãn điều kiện: + Vectơ cường độ điện trường điểm bên vật dẫn 0:  Etr  + Thành phần tiếp tuyến vectơ cường độ điện trường điểm bên mặt vật dẫn phải bẳng Kết luận – Bên vật dẫn điện trường khơng Do bên vật dẫn có sẵn điện tích tự điện trường khác tác dụng lực lên điện tích tự gây dòng điện trái với trạng thái cân tĩnh điện – Đối với vật dẫn rỗng, điện trường phần rỗng không phần khơng có điện tích – Cường độ điện trường điểm mặt ngồi vật dẫn vng góc với mặt vật Vì cường độ điện trường khơng vng góc với mặt vật dẫn 13 có thành phần tiếp tuyến với mặt vật dẫn thành phần tác động lên điện tích tự gây dòng điện mặt vật dẫn Ứng dụng: Chế tạo chắn tĩnh điện Các máy tĩnh điện thường đặt vỏ kim loại để tránh ảnh hưởng điện bên Vỏ kim loại giữ vai trị điện Các đèn điện tử, dây điện thoại, dây micrô bọc ngồi lưới thép Lưới thép có tác dụng điện giữ cho chế độ làm việc đèn dòng điện chạy dây ổn định, không bị nhiễu ảnh hưởng điện bên ngồi Ðể giữ cho điện khơng đổi, người ta nối điện với đất Nếu điện có điện tích điện tích theo dây dẫn truyền xuống đất Dây nối với đất gọi dây “mass” - Sự phân bố điện tích mặt vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng vật dẫn Đối với vật dẫn đối xứng hình cầu, phẳng, trụ, điện tích phân bố toàn mặt vật, ngược lại dạng bất kỳ, phân bố điện tích khơng đều, điện tích tập trung chỗ mũi nhọn - Ở vật dẫn rỗng nhiễm điện, điện tích phân bố mặt ngồi vật dẫn - Điện tích phân bố mặt ngồi vật dẫn khơng Ở chỗ lồi điện tích tập trung nhiều hơn; chỗ mũi nhọn điện tích tập trung nhiều nhất; chỗ lõm điện tích - Điện tích phân bố mặt ngồi khơng đều, nên cường độ điện trường mặt vật dẫn khác - Nơi điện tích tập trung nhiều hơn, điện trường mạnh Ứng dụng: Chế tạo cột thu lôi Những tia sét với điệp áp dịng điện vơ lớn cung cấp đường dẫn với điện trở thấp dẫn xuống mặt đất, tạo thành dịng điện có sét đánh Nếu có sét đánh, cột thu lơi mang dịng điện có hại khỏi toàn nhà xuống mặt đất an tồn 4.2 ĐIỆN MƠI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG Hiện tượng: Khác với chất dẫn điện, chất điện môi khơng có điện tích tự Chúng khơng thể dẫn điện Tuy nhiên ta đặt điện mơi, vào điện trường đủ lớn xuất điện tích chất điện mơi Hiện tượng gọi tượng phân cực điện mơi Các điện tích gọi điện tích phân cực Lưỡng cực phân tử: phân tử chất điện môi gồm hai phần phần gồm hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương phần cịn lại 14 êlectrơn mang điện tích âm quay quanh hạt nhân Bình thường, phân tử chất điện mơi trung hồ điện Do phân bố êlectrôn quanh hạt nhân người ta chia chất điện môi làm hai loại: loại có êlectrơn phân bố khơng đối xứng quanh hạt nhân Ðối với loại này, trọng tâm điện tích âm O_ trọng tâm điện tích dương O+ cách đoạn  phân tử loại gọi phân tử tự phân cực (hình 1.3 a) Ðó trường hợp chất điện môi H2O Loại phân tử thứ hai có êlectrơn phân bố đối xứng quanh hạt nhân Khi trọng tâm điện tích âm O_ trọng tâm điện tích dương O+ trùng Phân tử không trở thành lưỡng cực điện gọi phân tử không tự phân cực (hình 1.3 b) Hình 1.3 a Hình: 1.3 b Ta giải thích q trình xuất điện tích chất điện mơi dựa vào cấu tạo phân tử chất điện môi Ở giới hạn nghiên cứu trường hợp chất điện môi đồng chất đẳng hướng Chất điện môi đồng chất đẳng hướng chất điện mơi tính chất vật lý nói chung phân cực nói riêng điểm theo phương Giải thích tượng phân cực: Khi có điện trường ngồi phân tử điện tích trái dấu dịch chuyển hai hướng ngược chiều Ở phía xuất điện tích dương phía cịn lại xuất điện tích âm phân tử trở thành lưỡng cực Sự dịch chuyển điện tích gây lên xuất điện tích mặt điện môi Ta xét khối điện môi đặt điện trường nghiên cứu trình phân cực hai loại chất điện mơi kể Hình: 1.4 a Hình: 1.4 b 15 Hình 1.4 c Loại chất điện mơi có phân tử tự phân cực: Ðối với loại này, ta chưa đặt khối điện môi vào điện trường, lưỡng cực phân tử chuyển động nhiệt nên xếp hỗn loạn theo phương (Hình 1.4 a) Do tổng vectơ mômen lưỡng cực phân tử không, khối điện mơi khơng xuất điện tích Dưới tác dụng điện trường E0 lưỡng cực phân tử chịu tác dụng ngẫu lực có xu hương quay cho moomen lưỡng cực có phương chiều trùng với phương chiều E0 điện trường đủ lớn lưỡng cực phân tử coi nằm song song với theo phương chiều điện trường ngồi (hình 1.4 b) Khi bên khối điện mơi trọng tâm điện tích dương trọng tâm điện tích âm phân tử trung hòa mặt giới hạn trước sau khối điện mơi điện tích dương âm tồn (hình 1.4 c) Như có điện tích trái dấu xuất hai mặt giới hạn trước sau khối điện mơi Mặt điện trường ngồi vào tích điện âm, mặt điện trường ngồi tích điện dương Chất điện mơi bị phân cực Loại chất điện mơi có phân tử khơng tự phân cực Ðối với loại này, ta chưa đặt khối điện mơi vào điện trường ngồi, trọng tâm điện tích dương âm phân tử trùng Trong khối điện mơi khơng có lưỡng cực phân tử xuất mặt khối điện mơi khơng có điện tích xuất (hình 1.5 a) Hình: 1.5 a Hình: 1.5 b Dưới tác dụng điện trường E0 trọng tâm điện tích dương âm phân tử tách phân tử trở thành lưỡng cực điện có mơmen lưỡng cực điện xếp theo phương chiều E0 Quá trình xảy giống trường hợp trên: mặt giới hạn trước sau khối điện môi 16 xuất điện tích trái dấu khối điện mơi bị phân cực (hình 1.5b) Kết luận: Dù chất điện môi thuộc loại nào, đặt vào điện trường ngồi hai mặt giới hạn khối điện mơi xuất điện tích trái dấu Các điện tích điện tích liên kết, định xứ mặt giới hạn khối điện mơi Tuỳ theo chất điện mơi, điện tích lưỡng cực phân tử lớn hay nhỏ tuỳ thuộc theo cường độ điện trường bên lưỡng cực phân tử quay hướng nhiều hay Vậy mức độ phân cực chất điện môi phụ thuộc vào chất chất điện mơi cường độ điện trường bên ngồi Khi đặt vật điện mơi điện trường điện mơi bị phân cực Do phân cực điện môi nên mặt ngồi điện mơi trở thành mặt nhiễm điện 17 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu 1: Trình bày nội dung thuyết điện tử? Vận dụng thuyết điện tử để giải thích tượng nhiễm điện cọ xát? Câu 2: Trình bày định nghĩa tính chất điện trường? Câu 3: Trình bày định nghĩa đường điện tính chất đường sức điện? Câu 4: Trình bày tượng, kết luận ứng dụng vật dẫn điện trường? Câu 5: Trình bày tượng, kết luận ứng dụng điện mơi điện trường? Câu 6: Trình bày định nghĩa điện hiệu điện thế? Mối quan hệ hiệu điện cường độ điện trường? Câu 7: Xây dựng cơng thức tính cơng lực điện trường? Câu 8: Trình bày định nghĩa phương, chiều vectơ cường độ điện trường? Câu 9: Trình bày nội dung định luật Cu – lông? Biểu thức tính lực tương tác hai điện tích đặt điện mơi đồng tính? Câu 10: Vận dụng thuyết điện tử giải thích tượng nhiễm điện tiếp xúc, nhiễm điện hưởng ứng? 18 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Trình bày khái niệm mạch điện chiều (dòng điện, cường độ dòng điện, điện trở, điện trở suất, cơng suất, điện năng); - Viết, giải thích, vận dụng linh hoạt biểu thức tính tốn mạch điện chiều; - Tính tốn thơng số (điện trở, dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng, nhiệt lượng) mạch điện chiều nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp - Tích cực, chủ động học tập, áp dụng kiến thức vào thực tế II NỘI DUNG CHI TIẾT KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 DÒNG ĐIỆN VÀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi đặt vật dẫn điện trường, tác dụng lực điện trường, điện tích dương di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, cịn điện tích âm di chuyển ngược lại từ nơi có điện thấp đến nơi có cao tạo thành dòng điện Vậy: Dòng điện dòng hạt mang điện chuyển dời có hướng tác dụng lực điện trường Dòng điện chiều dòng chuyển dời đơn hướng điện tử Dòng điện chiều tạo từ nguồn pin, acquy Dòng điện khơng đổi dịng điện có chiều cường độ không thay đổi theo thời gian 1.2 CHIỀU QUY ƯỚC CỦA DỊNG ĐIỆN Người ta quy ước chiều dịng điện chiều di chuyển điện tích dương tức hướng nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, chiều điện trường + Trong kim loại: Dòng điện dịng điện tử chuyển dời có hướng Vì điện tử di chuyển từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao nên dịng điện tử ngược với chiều quy ước dòng điện + Trong dung dịch điện ly: Dòng điện dòng ion chuyển dời có hướng Nó gồm có hai dịng ngược chiều là: Dịng ion dương có chiều theo chiều quy ước điện trường dòng ion âm có chiều ngược chiều quy ước Các ion dương di chuyển từ Anốt (cực dương) Catôt (cực âm) nên gọi Cation, ion âm di chuyển từ catốt Anôt nên gọi Anion 19 ... điện trường; 2.3 Cường độ điện trường đường sức điện trường Điện - hiệu điện 3.1 Công lực điện trường 3.2 Điện thế; 3.2 Hiệu điện Tác dụng điện trường lên vật dẫn điện môi 4.1 Vật dẫn điện trường. .. CỦA ĐIỆN TRƯỜNG Điện trường môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Nơi có điện tích xung quanh điện tích có điện trường Tính chất điện trường tác dụng lực điện. .. 103 CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN I MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Trình bày khái niệm điện tích, điện trường, điện thế; - Giải thích tượng điện, điện trường, tác dụng điện trường lên vật dẫn, lên điện môi - Chủ động,