Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 1 th s đỗ quốc huy

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Th.S Đỗ Quốc Huy Chương ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH 23-02-2023 MỤC TIÊU Sau học xong chương này, SV phải : – Nêu khái niệm: điện trường, cường độ điện trường, đường sức, điện thông, điện thế, hiệu điện – Xác định vectơ cường độ điện trường, điện hệ điện tích rời rạc, liên tục – Nêu mối quan hệ cường độ điện trường điện thế; Tính cơng lực điện trường – Vận dụng định lí O – G xác định điện trường gây hệ điện tích đối xứng 23-02-2023 NỘI DUNG I – Tương tác điện – Định luật bảo toàn đt II - Điện trường III – Định lí O - G IV – Công lực điện trường – điện thế, hđt V – Các ví dụ giải tốn tĩnh điện VI – Lưỡng cực điện VII – Một số ứng dụng tĩnh điện 23-02-2023 I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT – Sự nhiễm điện: 23-02-2023 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 điện tích hệ bảo tồn • Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút 23-02-2023 I – TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT – Định luật Coulomb: q1 + q1 + 23-02-2023  r12  F12  r 12 q2 - q2 +  F12 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:  (Nm2/C2)  k = 9.10 qq r F12  k 2 r 12 r r: k/c đtích   Phương: Trong mtvc đẳng hướng, lực  tương tác giảm  lần:    Chiều:   Fck F F12  | q1q |  Modun: F  k   r   Điểm đặt: 23-02-2023 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 23-02-2023  F q +  F II – ĐIỆN TRƯỜNG – Vectơ cường độ điện trường:  E M  F E q   E M  q > 0:  F  qE  F  E  q < 0:   F  E  ĐT tĩnh: E không thay đổi theo t/g  ĐT đều: E không thay đổi theo k/g 23-02-2023 Đơn vị đo cường độ điện trường: (V/m) II – ĐIỆN TRƯỜNG – Vectơ CĐĐT điện tích điểm gây ra:   * Phương:  Q r Q r Ek  r r 40 r r 12 0   8,85.10 F/ m 4.9.10  E * Chiều: |Q| E  k * Độ lớn: r * Điểm đặt:   + r M M E  r 23-02-2023  E  EM   AB  k.dq cos   r Mà:  d E d En  d Et M  r h A B 23-02-2023 d AB d   x.tg  d  h cos  h r cos  k  EM  h   k.d x r r   AB 2k cos .d  cos .d h 2k.sin  EM  h  Dây dài? 2k EM  h Ví dụ 5: Điện M: VM   AB  Mà:  d E d En  d Et M  r h B 23-02-2023 d  AB kd .r d   h.tg  d  h cos  h r cos  2k  VM    A kdq  .r   d cos  k  sin  VM  ln   sin  V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TOÁN TĨNH ĐIỆN   b) Xét điểm P với AP ┴ AB: d E d En  EM   h  dE  AB P d Et    En  r  dE n  AB A AB B  d  d   x.tg  d  h cos  h r 23-02-2023 cos    d En  AB   d Et AB  dE.cos   AB  k.d h r r k  En  cos .d h  k En  sin  h V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TOÁN TĨNH ĐIỆN   k  d   d E d En E t  dE t  dE.sin   r r   AB  AB h  AB  P d Et  k  En  sin .d h   r A B  d d   h.tg  d  h cos  h r 23-02-2023 cos  k En  (1  sin ) h Vậy: n E  E E t V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN P Điện P: r h  A B  d d   x.tg  d  h cos  h r cos  23-02-2023 VP   AB k.d k  .r    d cos  k  sin  VP  ln 2  sin  c) Xét điểm N đường thẳng AB, cách đầu B  khoảng b: E N    dE AB  EN   dE  AB  AB kdq  r x 23-02-2023 AB k 1 EN  (  )  b ab dx A  k.dx (a  b  x) b B N  dE Điện N: VN   AB k.d  .r  AB k.dx k  .(a  b  x)  k a  b VN  ln( )  b dx x A 23-02-2023 b B N a  dx (a  b  x) V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN Ví dụ 6: Điện điện trường có dạng: V(x,y,z) = a(x2 + y2 + z2), với a số dương Xác định cường độ điện trường điểm M(x,y,z) Những mặt đẳng có dạng nào? Giải  Cường độ điện trường: E  (E x , E y , E z ) V  V  2ax E y   Với : E x    2ay x y V   Ez    2az Vậy : E  2a(x, y, z) z 23-02-2023 V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN Ví dụ 6: Để tìm dạng mặt đẳng ta giải phương trình: V(x, y, z)  C  const 2  a(x  y  z )  C C 2 2  x y z  R A Vậy mặt đẳng mặt cầu tâm O(0,0), bán kính 23-02-2023 C R a V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN Ví dụ 7: Khơng gian mang điện với mật độ điện tích  biến thiên theo qui luật:  = 0/r, 0 số dương r khoảng cách từ gốc tọa độ đến điểm khảo sát, với r  r0 Tính cường độ điện trường E điện V theo r Chọn gốc điện khoảng cách r0 Giải Do tính đối xứng cầu nên cường độ điện trường điểm (nếu có) phải có hướng xuyên tâm điểm cách tâm O, độ lớn vectơ 23-02-2023 độ điện trường phải cường V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN Ví dụ 7: + O Chọn mặt Gauss (S) mặt cầu tâm O, bán kính r A dS (S)  n r M Điện thông gởi qua mặt Gauss là:    E  EdS  E.dS  E.S  E.4r   (S) (S) Tổng điện tích chứa mặt Gauss:  E r Q  23-02-2023 (V) dV   (V) 0 4r dr  40 rdr  20 (r  r02 ) r  r0 V – CÁC VÍ DỤ VỀ GIẢI BÀI TỐN TĨNH ĐIỆN Ví dụ 7: + O A Q Theo định lí O – G:  E  0 2 20 (r  r0 )  E.4r  0 r M 0 r02 E  (1  ) 0 r dS Điện thế: 0 r02 dV   Edr   (1  )dr 0 r (S)  n  E VM  23-02-2023 V A 0 dV   0 r  r0 2 r (1  )dr r 0 r  VM   (r  2r0  ) 0 r VI – LƯỠNG CỰC ĐIỆN – Khái niệm LCĐ:  LCĐ hệ hai điện tích +q –q đặt cách khoảng nhỏ  + q1  q2 Mỗi lưỡng cực điện đặc trưng đại  lượng gọi mômen lưỡng cực điện:  pe  q    pe  q  + q1 23-02-2023 q2 VI – LƯỠNG CỰC ĐIỆN – Cường độ điện trường gây LCĐ: Xét điểm M mặt phẳng trung trực lưỡng    cực điện CĐĐT M: EE E kq  /  E  2E1.cos   2 r1 r1  E1  M r1 E  E2 r  + +q 23-02-2023  pe -q kq kpe E  r1 r Vậy:   kp e E r VI – LƯỠNG CỰC ĐIỆN – Cường độ điện trường gây LCĐ: Xét điểm M giá lưỡng cực điện CĐĐT 2    M: kq kq r  r E  E   E   E | E   E  |   kq  2 Mà: r r  r   / 2; r  r   / 2r 2kq 2kp e  E  kq   r r r  E 23-02-2023  E M   E pe + +q r r r r   2kp e E r Hay:  -q E  E M  E