báo cáo thực hành môn trường điện từ

Quá trình tích điện do cảm ứng và quá trình tích điện do tiếp xúcBước 1: Kết nối thiết bị theo chỉ dẫn của thầy/cô hướng dẫn thí nghiệmBước 2: Đặt điện áp ban đầu với giá trị 100VBước 3:

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-*** -BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN TRƯỜNG ĐIỆN TỪ

Họ và tên sinh viên: Trần Ái Quốc MSSV: 20212940

Lớp thí nghiệm: 727165 GVHD: Nguyễn Văn Thực

Kì học: 20221

1

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3 BÀI 1 THÍ NGHIỆM LỒNG FARADAY- HIỆN TƯỢNG

TẠO ĐIỆN TÍCH

I Mục đích thí nghiệm

Xác định mối quan hệ giữa điện tích cảm ứng trên lồng Faraday với điện tích trên vật mang điện đặt trong lồng

II Cơ sở lý thuyết

Thí nghiệm lồng Faraday cho phép giải thích hiện tượng dịch chuyển điện và kiểm chứng luật Gauss trong chương số 2 của giáo trình Lý thuyết trường điện từ Hiện tượng dịch chuyển điện đã được khái quát hóa bằng luật Gauss, cụ thể là

“Tổng thông lượng đi ra khỏi mặt kín bằng tổng điện tích nằm bên trong mặt đó”

III Tiến hành thí nghiệm

1 Thiết bị thí nghiệm

- Đồng hồ đo điện áp (ES-9078)

- Lồng Faraday (ES-9042A)

- Bộ nạp điện tích (ES-9057B)

- Que đo lấy mẫu điện tích

- Đầu kẹp thí nghiệm, dây nối tiếp đất

2 Trình tự thí nghiệm

2.1 Quá trình tích điện do cảm ứng và quá trình tích điện do tiếp xúc

Bước 1: Kết nối thiết bị theo chỉ dẫn của thầy/cô hướng dẫn thí nghiệm Bước 2: Đặt điện áp ban đầu với giá trị 100V

Bước 3: Đặt bộ nạp điện tích vào bên trong lồng Faraday

Bước 4: Rút bộ nạp điện tích khỏi lồng Faraday

Bước 5: Đặt bộ nạp điện tích vào bên trong và chạm vào lồng Faraday Bước 6: Rút bộ nạp điện tích khỏi lồng Faraday

NHẬN XÉT:

- Đồng hồ đo cho giá trị khác 0 khi đặt bộ nạp điện tích vào bên trong lồng Faraday tại bước 3 là do hiện tượng điện hưởng Khi đặt bộ nạp điện tích vào bên trong thì lồng Faraday trở thành một lưỡng cực, khi đó các điện tích cùng dấu và theo dây nối đất đi ra ngoài qua đó lồng bị nhiễm điện trái dấu với bộ nạp điện tích

- Điện áp chênh lệch giữa tấm lồng Faraday và tấm nền ở ngoài tại bước 6 và lồng Faraday bị nhiễm điện do có sự truyền điện tích từ bộ nạp điện tích sang lồng Faraday khi cho bộ nạp tiếp xúc với lồng

2.2 Bảo toàn điện tích

Bước 1: Cọ xát 2 bộ nạp điện tích vào nhau

Bước 2: Lần lượt cho từng bộ nạp điện tích vào lồng

Bước 3: Nối đất bộ nạp điện tích

Bước 4: Đặt cả 2 bộ nạp điện tích vào bên trong lồng

Bước 5: Bỏ lần lượt 2 bộ nạp điện tích ra

BẢNG GIÁ TRỊ ĐO:

Trình tự Giá trị đồng hồ đo (V)

Lần lượt

cho từng

bộ nạp

vào lồng

NHẬN XÉT:

- Khi lần lượt cho từng bộ nạp vào lồng ở bước 2, điện tích trên bộ nạp sinh điện thế trên lồng trong, giá trị điện tích quyết định giá trị điện thế lồng trong cũng chính là giá trị hiển thị trên đồng hồ đo Hai bộ nạp điện được nạp điện tích bằng cách ma sát, trắng sẽ mang điện tích dương, xanh sẽ mang điện tích âm và có độ lớn bằng nhau Bởi nếu cho tiếp xúc trở lại sẽ cho trung hòa hay chính là bảo toàn điện tích Đặt cả hai bộ nạp vào lồng khi

3

đang tiếp xúc nhau, hai bộ nạp sẽ dần dần xảy ra sự trung hòa dẫn đến độ lớn điện tích tổng cộng giảm

- Bỏ lần lượt từng bộ nạp ra cụ thể là trắng trước xanh sau Do bỏ bộ nạp tích điện âm ra trước nên điện tích còn lại trong lồng hay trên bộ nạp mang điện tích dương và có độ lớn nhỏ hơn so với bước 2 do đã có sự dịch chuyển điện tích giữa hai bộ khi cho tiếp xúc ở bước 4 Sau đó, bỏ bộ còn lại ra thì trong lồng không còn điện tích nên đồng hồ đo chỉ 0

BÀI 2 THÍ NGHIỆM VỀ CÁC DẠNG PHÂN BỐ ĐIỆN

TÍCH

I Mục đích thí nghiệm

Xác định mối quan hệ giữa mật độ điện tích mặt với hình dạng vật thể

II Cơ sở lý thuyết

Trên mỗi bề mặt của vật dẫn kim loại, sự phân bố của điện tích được đo lần lượt bằng các hàm mật độ diện tích mặt ρ s Nếu sự phân bố điện tích trên bề mặt là không đều thì hàm mật độ điện tích mặt ρ s sẽ thay đổi theo từng vị trí trên bề mặt của vật dẫn Đối với vật dẫn kim loại, tùy theo hình dáng của vật mang điện mà trên bề mặt của nó, sự phân bố điện tích sẽ không đều, ví dụ tại các bề mặt góc nhọn, hàm mật độ điện tích mặt sẽ thường lớn hơn tại các vị trí bề mặt có góc tù

III Tiến hành thí nghiệm

1 Thiết bị thí nghiệm

- Đồng hồ đo điện áp (ES-9078)

- Bộ nguồn điệnáp tĩnh điện (ES-9077)

- 02 quả cầu kim loại (ES-9059B)

- Lồng Faraday (ES-9042A)

- Que đo lấy mẫu điện tích

- Đầu kẹp thí nghiệm, dây nối tiếp đất

2 Trình tự thí nghiệm

- Bước 1: Kết nối thiết bị theo chỉ dẫn của thầy/cô hướng dẫn thí nghiệm

- Bước 2: Đặt 02 quả cầu kim loại cách nhau 50cm Đặt điện áp 2000V

- Bước 3: Nối đất quả cầu thứ 2

- Bước 4: Đo và ghi lại giá trị điện tích tại các vị trí khác nhau của quả cầu 1

- Bước 5: Di chuyển quả cầu thứ 1 lại gần quả cầu thứ 2 sao cho khoảng cách giữa chúng là 1cm

- Bước 6: Nối đất quả cầu 1 Thực hiện lại bước 4

5

- Bước 7: Thực hiện lại bước 2 đến bước 4.

- Bước 8: Thay quả cầu thứ 1 bằng quả cầu rỗng Thực hiện bước 4 với quả cầu rỗng

- Bước 9: Thay quả cầu rỗng bằng quả cầu có hình dáng một đầu nhọn Thực hiện bước 4 với quả cầu này

BẢNG GIÁ TRỊ ĐO:

Trình tự Giá trị đồng hồ đo (V)

ĐO giá trị

diện tích tại 4

vị trí A, B, C,

D khác nhau

trên bề mặt

quả cầu 1

Di chuyển

sao cho 2 quả

cầu cách

nhau 1cm

Nối đất quả

Di chuyển

sao cho 2 quả

cầu cách

nhau 50cm

Quả cầu rỗng (ở bên trong0

quả cầu)

Quả cầu có

đầu nhọn (ở vị trí đầu10

tròn)

14 (ở vị trí đầu nhọn)

NHẬN XÉT:

- Khi hai quả cầu cách nhau 50cm nên coi như không ảnh hưởng gì đến nhau, giá trị hiển thị là điện thế trên bề mặt quả cầu và bằng nhau trên mọi điểm, phù hợp với lý thuyết

- Khi cho hai quả cầu cách nhau 1cm Quả cầu thứ 1 nhiễm điện dương, quả cầu thứ 2 hưởng ứng sinh ra điện phân cực và nhiễm điện âm, phía còn lại nhiều điện tích dương được nối đất nên điện tích dương theo dây đi xuống đất Quả cầu thứ 2 sẽ ngày càng tích điện âm với độ lớn lớn hơn cho đến khi tương đương trị số của quả cầu thứ 1 Vì vậy quả cầu thứ 2 biến đổi, quả cầu thứ 1 hầu như không thay đổi, tại vị trí A gần quả cầu thứ 2 sẽ có chỉ số dao động lớn hơn do tính phân cực của quả cầu thứ 1 ảnh hưởng bởi quả cầu thứ

2 tích điện âm

- Khi nối đất quả cầu thứ 1, điện tích tự do theo dây ra ngoài, nếu để đủ lâu thì hai quả cầu sẽ dần trung hòa

- Khi hai quả cầu cách nhau 50cm và đều nối đất, do đó hai quả cầu sẽ trung hòa và điện thế sẽ bằng 0

- Thay quả cầu thứ 1 bằng quả cầu rỗng, ta đo được bên trong có điện tích bằng 0

- Đối với quả cầu có đầu nhọn, ta đo được số lượng điện tích ở đầu nhọn sẽ nhiều hơn so với số lượng điện tích ở đầu tròn

7

BÀI 3 THÍ NGHIỆM VỀ ĐIỆN DUNG VÀ ĐIỆN MÔI

I Mục đích thí nghiệm

Xác định mối quan hệ giữa C, Q, V, giải thích được tính chất vật lý của các loại vật liệu khác nhau thể hiện trong điện trường tĩnh

II Cơ sở lý thuyết

Đối với tụ điện phẳng, ta có quan hệ sau:

C=εA d

Trong đó:

- C: điện dung của tụ điện phẳng

- A: tiết diện của tấm bản cực kim loại

- d: khoảng cách giữa 2 bản cực

- ε : hằng số điện môi của chất điện môi

Nếu có N tụ điện mắc song song với nhau,giá trị điện dung tương đương được tính theo công thức:

CTĐ=C1+C2+…+CN

III Tiến hành thí nghiệm

1 Thiết bị thí nghiệm

- Đồng hồ đo điện áp (ES-9078)

- Lồng Faraday (ES-9042A)

- Bộ nạp điện tích và que đo lấy mẫu điện tích (ES-9057B)

- 02 quả cầu kim loại (ES-9059B)

- Thiết bị tụ điện biến thiên (ES-9079)

- Các tấm điện môi

- Tụ điện 30pF

- Đầu kẹp thí nghiệm, dây nối tiếp đất

2 Trình tự thí nghiệm

a Đo V trong điều kiện C không đổi, Q thay đổi

- Bước 1: Nối thiết bị Nối quả cầu với nguồn 2500V.

- Bước 2: Khử điện tích dư trong đồng hồ đo và tụ

- Bước 3: Đặt khoảng cách tụ là 3cm Dùng que đo lấy mẫy để truyền điện tích từ quả cầu sang tụ

- Bước 4: Ghi lại giá trị điện áp sau mỗi lần que đo chạm vào bản tụ

- Bước 5: Thay đổi khoảng cách tụ thành 6cm Thực hiện lại bước 3 và 4

BẢNG GIÁ TRỊ ĐO:

Que đo chạm vào bản tụ lần thứ

Khoảng

cách 2 bản

tụ là 3 cm

Khoảng

cách 2 bản

tụ là 6cm

NHẬN XÉT:

- Khi tích điện càng nhiều cho bản tụ thì U càng tăng điều này phù hợp với lý thuyết Q = CU khi C không đổi, Q tăng thì U tăng

- Khi khoảng cách tụ tăng thì C giảm nên U tăng nhanh hơn trong trường hợp

d = 6cm

b Đo Q trong điều kiện C thay đổi, V không đổi.

- Bước 1: Nối thiết bị Giữ khoảng cách tụ là 6cm, nối 2 bản cực tụ với nguồn 1 chiều 2000V

- Bước 2: Nối que đo đất Lấy mẫu điện tích và dùng que đo xác định mật độ điện tích tại vị trí trên bản cực

- Bước 3: Thay đổi khoảng cách 2 bản cực Đo mật độ điện tích tại các vị trí

9

BẢNG GIÁ TRỊ ĐO:

Khoảng cách 2 bản tụ Vị trí Mật độ điện tích

NHẬN XÉT:

- Mật độ điện tích ngoài rìa bản tụ cao hơn mật độ điện tích trong lòng bản tụ

- Khi tăng khoảng cách giữa hai bản tụ, C giảm mà U không đổi nên Q = CU giảm → mật độ điện tích cùng giảm Phù hợp lý thuyết

- Tương tự khoảng cách hai bản tụ giảm, C tăng nên mật độ điện tích tăng

c Đo Q trong điều kiện C thay đổi, C không đổi.

- Bước 1: Kết nối thiết bị Giữ khoảng cách giữa 2 bản tụ 6cm, nối 2 bản cực

tụ điện với nguồn áp 3000V (1 chiều)

- Bước 2: Giữ nguyên khoảng cách 2 bản cực Thay đổi giá trị điện áp 2 bản cực từ 3000V xuống 2000V, 1000V

- Bước 3: Đo giá trị mật độ điện tại điểm giữa bản tụ

BẢNG GIÁ TRỊ ĐO:

Hiệu điện thế giữa 2 bản tụ (V) Mật độ điện tích giữa 2 bản cực

NHẬN XÉT:

Khi C không đổi, Q = CU nên khi giảm V từ 3000V xuống 2000V, 1000V thì Q cũng giảm → mật độ điện tích giảm Phù hợp với lý thuyết

11