Bài giảng Lý thuyết trường điện từ: Năng lượng & điện thế

Trang 1

Nguyễn Công Phương

Lý thuyết trường điện từ

Dòng điện & vật dẫn

Trang 2

Nội dung

1 Giới thiệu

2 Giải tích véctơ

3 Luật Coulomb & cường độ điện trường

4 Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive

5 Năng lượng & điện thế

6 Dòng điện & vật dẫn

7 Điện môi & điện dungg

8 Các phương trình Poisson & Laplace

Trang 3

• Dòng điện & mật độ dòng điệnDòng điện & mật độ dòng điện

• Vật dẫn kim loại

• Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ

• Phương pháp soi gương

• Bán dẫn

Dòng điện & vật dẫn 3

Trang 4

Dòng điện & mật độ dòng điện (1)

• Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng điệnCác hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng điện

dQ I

Trang 5

• Dòng điện: biến thiên điện tích (theo thời gian) qua mộtDòng điện: biến thiên điện tích (theo thời gian) qua một mặt, đơn vị A

Trang 6



v

Q I

Trang 7

Cho J = 10ρ2za – 4ρcos2φa mA/m2 Tính dòng

z = 2

J S

Cho J 10ρ za ρ 4ρcos φa φ mA/m Tính dòng

điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ.

Trang 8

Cho J 10ρ za ρ 4ρcos φa φ mA/m Tính dòng

điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ.

Trang 9

 J S

S

I   d

Dòng điện chảy ra khỏi một mặt kín:

Điện tích dương trong mặt kín: Q i

Định luật bảo toàn điện tích

Trang 10

Trang 11

Trang 12

Trang 13

• Vật dẫn kim loại

• Bán dẫn

Trang 14

Vật dẫn kim loại (1)

• Thuyết lượng tửThuyết lượng tử

• Dải hoá trị, dải dẫn, khe năng lượng

• Vật dẫn kim loại: dải hoá trị tiếp xúc với dải dẫn trường

• Vật dẫn kim loại: dải hoá trị tiếp xúc với dải dẫn, trường bên ngoài có thể tạo thành một dòng điện tử

• Trong vật dẫn kim loại:Trong vật dẫn kim loại:

F = – eE

Trang 15

F = – eE

• Trong chân không, vận tốc của điện tử sẽ tăng liên tục

• Trong vật dẫn vận tốc này sẽ tiến đến một giá trị trung

• Trong vật dẫn, vận tốc này sẽ tiến đến một giá trị trung bình hằng số:

vd = – μ E

vd μ eE

• μ e: độ cơ động của điện tử, đơn vị m2/Vs, luôn dương

• VD: Al: 0 0012; Cu: 0 0032; Ag: 0 0056

• J = ρ vv

• → J = ρ μ E

• → J = – ρ e μ eE

Trang 16

J = – ρ μ E

J ρ e μ eE

• ρ e : mật độ điện tử tự do, có giá trị âm

• J luôn cùng hướng với E

J = σE

độ dẫ điệ /điệ dẫ ất ( ) đơ ị S/

• σ : độ dẫn điện/điện dẫn suất, (γ), đơn vị S/m

• VD: Al: 3,82.107; Cu: 5,80.107; Ag: 6,17.107

σ = – ρ e μ e

Trang 18

• Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ

• Bán dẫn

Trang 19

ấ ề

Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (1)

• Giả sử có một số điện tử xuất hiện bên trong vật dẫnGiả sử có một số điện tử xuất hiện bên trong vật dẫn

• Các điện tử sẽ tách xa ra khỏi nhau, cho đến khi chúng tới bề mặt của vật dẫnặ ậ

• Tính chất 1: mật độ điện tích bên trong vật dẫn bằng

zero, bề mặt vật dẫn có một điện tích mặt, ặ ậ ộ ệ ặ

• Bên trong vật dẫn không có điện tích → không có dòng điện → cường độ điện trường bằng zero (theo định luật Ohm)

• Tính chất 2: cường độ điện trường bên trong vật dẫn

ằ

bằng zero

Trang 21

ấ ề Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (3)0

Tính chất của vật dẫn trong điện trường tĩnh:

1 Cường độ điện trường tĩnh trong vật dẫn bằng zeroC g ộ ệ g g ậ g

2 Cường độ điện trường tĩnh tại bề mặt của vật dẫn vuông

góc với bề mặt đó tại mọi điểm

3 Bề mặt của vật dẫn có tính đẳng thế

Trang 22

ấ ề

Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (4)

Ví dụ

Cho V = 100(x2 – y2) V & P(2 –1 3) nằm trên biên giới vật dẫn – không

Cho V 100(x y ) V & P(2, 1, 3) nằm trên biên giới vật dẫn không

khí Tính V, E, D, ρ S tại P; lập phương trình của mặt dẫn.

Trang 23

• Phương pháp soi gương

• Bán dẫn

Trang 24

Phương pháp soi gương (1)

+ Q Mặt đẳng thế, V = 0

+ Q Mặt phẳng dẫn, V = 0 – Q

• Lưỡng cực: mặt phẳng ở giữa hai cực là mặt có điện thế bằng zero

Trang 25

+ Q Mặt đẳng thế, V = 0

+ Q Mặt phẳng dẫn, V = 0 – Q

– Q

Trang 26

Trang 27

2 2 2 2 0

Trang 28

• Bán dẫn

Trang 29

Bán dẫn

• Germani, siliconGermani, silicon

• Điện dẫn suất của kim loại:

E

μ e, Germani: 0,36 m /Vs; μ h, Germani: 0,17 m /Vs

– μ e, Silicon: 0,12 m 2/Vs; μ h, Silicon: 0,025 m 2 /Vs

Trang 30

• Bán dẫn

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	352,13 KB