Microsoft PowerPoint EM ch2 lecture 02 s1 13 14 ppt 1 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp HCM Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT Semester 1/13 14 Chương 2 – Trường điện tĩnh [4 Us[.]
Chương – Trường điện tĩnh Lecture-6: Vật liệu trường điện tĩnh, lượng, tụ điện & điện dung [4 Use Gauss’ Law and Poisson’s Equation to find fields for charge distributions and determine the capacitance of simple structures] [5 Understand the behavior of electric field in the presence of dielectric and conducting materials.] Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 Vật liệu trường điện tĩnh a) Vật dẫn trường điện tĩnh b) Điện môi trường điện tĩnh Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 a) Vật dẫn trường điện tĩnh Tính chất vật dẫn trường điện tĩnh: Điện tích dịch chuyển Điện tích cảm ứng Trường điện bên vật dẫn: J = σ E = & σ ≠ ⇒ E = Khơng có trường điện VD Mật độ điện tích khối vật dẫn: ρv = divD = div(ε vd E ) & E = ⇒ ρv = Khơng tồn mật độ điện tích khối VD Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 a) Vật dẫn trường điện tĩnh Thế điện vật dẫn: dϕ = − Ed & E = ⇒ ϕ = const VD đẳng thế, mặt VD đẳng Trường điện lân cận bên vật dẫn: D1n -D 2n =ρ s ⇒ Dn =ρ s ⇒ En = ρε s E -E =0 ⇒ Et = 1t 2t ⇒ E = En a n + Et a t ⇒ E = ( ρ s / ε )a n TĐ lân cận bên ngồi vật dẫn vng góc với bề mặt vật dẫn Tổng quát: Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 a) Vật dẫn trường điện tĩnh Ứng dụng: chắn điện E ng ≠ E=0 E ng ≠ Màn đin Màn điện dùng để chống nhiễu trường Trong thực tế điện thay lưới kim loại Lưới kim loại nối đất ngăn ảnh hưởng trường vào bên trường bên bên Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 b) Điện môi trường điện tĩnh Điện môi trường điện tĩnh -> bị phân cực xuất điện điện tích phân cực (liên kết) thỏa: qp = − ∫ S PdS với: P = D − ε E = (ε − ε )E (C/m ) Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 b) Điện mơi trường điện tĩnh Điện tích phân cực phải kể tới việc xem xét tốn trường điện tĩnh, thơng thường dạng phân bố Trong V, MĐĐT khối liên kết: C ρpv = − divP m Trên biên, MĐĐT mặt liên kết : ρps = − P1n +P2n m C Hiện tượng chọc thủng điện môi: Khi trường điện ngồi E ≥ Ect: điện mơi trở nên dẫn điện Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 b) Điện môi trường điện tĩnh Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 Năng lượng trường điện Năng lượng trường điện tĩnh hệ điện tích điểm: q1 : W→q1 = R12=R21 q1 q2 : W→q2 = q2ϕ21 q2 R1n=Rn1 q3 : W→q3 = q3 (ϕ31 + ϕ32 ) R23=R32 qn qn : W→qn = qn (ϕn1 + ϕn + + ϕn( n−1) ) R3n=Rn3 q3 W→Total = q2ϕ21 + q3 (ϕ31 + ϕ32 ) + + qn (ϕn1 + ϕn + + ϕn( n−1) ) W→Total n = ∑ qk ϕk k =1 Total positioning Work Energy of = Field ⇔ n We = ∑ qk ϕk k =1 Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 Năng lượng trường điện Năng lượng trường điện tĩnh hệ điện tích phân bố: We = ∫ V ρ vϕ dV + 12 ∫ ρ sϕ dS + 12 ∫ ρ ϕ d S L Năng lượng trường điện tĩnh tính theo mật độ lượng thể tích V: (giả sử hệ liên tục) ∫ ρvϕ dV = 12 ∫V ρ vϕ dV = 12 ∫V ϕ divDdV div(ϕ D ) = ϕ divD + Dgradϕ We = V ∴ ⇒ We = ⇒ We = ∞ ∫ E DdV V∞ ∫ V E DdV = ∞ ⇒ we = 12 E D ( J / m3 ) (Mật độ NL trường điện) ε E dV ( J ) V ∫ Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 5 Năng lượng trường điện Ví dụ 1: Tính NL trường điện cầu bán kính a mang điện với mật độ điện tích khối ρv=ρ0=const sinh cách, giả sử tồn khơng gian có ε=ε0? Ví dụ 2: Tính NL trường điện hệ hình vẽ cách S=axb U0 ε=3ε0 d x Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 Tụ điện điện dung Tụ điện hệ bao gồm vật dẫn (2 điện cực, cốt tụ) cách điện với khơng khí điện mơi q U -q Tích điện cho tụ: dùng điện áp nguồn U, điện tích điện cực có quan hệ tuyến tính với điện áp cho: C= q =const (F) – (Điện dung tụ điện) U Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 6 Tụ điện điện dung Năng lượng trường điện tích lũy tụ điện: We = ∫ ρ ϕ dS S s ⇒ We = qU ⇒ = 12 ϕ1 ∫ ρ s1dS + 12 ϕ ∫ ρ s dS S1 We = 12 CU S2 We = 2C q2 (C đặc trưng cho khả tích lũy NLTĐ tụ điện) Các dạng tụ điện thường gặp: Phẳng Trụ Cầu b a Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14 Tụ điện điện dung Tính điện dung tụ điện: Giả sử biết U tính q tính C Giả sử biết q tính U tính C Giả sử biết U tính We tính C Giả sử biết q tính We tính C Tran Trần Quang Việt Viet – BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/13-14