Bài giảng Điện học (Phần 25) ppsx

Bài giảng Điện học (Phần 25) 5.3 Điện trường Định nghĩa Địnhnghĩa của điện trườnghoàn toàn tươngtự, và có cùngđộng cơ,như định nghĩa trườnghấpdẫn. định nghĩa điện trường Vectơ điện trường,E, tại mộtđiểm bấtkì trong khônggian được xácđịnh bằngcách đặt một điện tích thử q t tại điểm đó. Vectơ điệntrường được cho bởi E = F/q t , trongđó F là lực điện tác dụng lên điện tíchthử. Các điện tích là cái tạo ra điện trường.Không giống như lực hấp dẫn,chỉ là lực hút, lựcđiện biểu hiện cả sự hút và đẩy.Một điện tích dương là nguồn của điện trường, và một điệntích âm là bồncủa điện trường. Điểm khó khăn nhất về địnhnghĩa điện trườnglà lực tác dụng lênmột điện tích âmcó hướngngược lại so với trường. Điều này tuântheo địnhnghĩa, vìviệc chia vectơ cho một số âm làmđảo hướng của nó. Nó giống như thể chúngta cómột số vật rơi lên thay vì rơi xuống. Ví dụ 3. Sự chồng chất điện trường Các điện tích qvà –q nằm cách nhaumột khoảng b như hìnhvẽ.Hỏi điện trường tại điểm P, nằm tại đỉnhthứ ba của hình vuông,bằng bao nhiêu? j/ Vĩ dụ 3 Điện trường tại Plàtổng vectơ của các trường tạo rađộc lập bởihai điện tích.Chọn trụcx hướng sang phải và trục y hướnglên trên. Các điện tích âmcó trườnghướngvào chúng, nên điện tích –q tạora một điện trường hướng sangphải, tức là có thànhphần x dương.Sử dụng kếtquả câu hỏi ở trên, chúng ta có Lưỡng cực điện Tập hợp đơn giản nhấtcủa các nguồn có thể xảy ra với điện học những khôngxảy ra với lựchấp dẫnlà lưỡngcực,gồm mộtđiện tíchdương và mộtđiện tích âmcó độ lớn bằngnhau. Tổng quát hơn, một lưỡng cựcđiện cóthể là bất kì vật nào có sự bất cânbằng củađiện tích dươngở phía bên này và điện tích âm ở phía bên kia. Phân tử nước, l, là một lưỡngcực vì các electron có xuhướng bị lệch khỏi nguyêntử hydrogen và chạy sang nguyên tử oxygen. k/ Trường lưỡng cực. Điện trường đi ra ở điện tích dương và đi vào ở điện tích âm. l/ Phân tử nước là một lưỡng cực Lò visóng trong nhà bạn tácdụng lên các phân tử nước bằng điệntrường. Chúng tahãytưởngtượng điều gì xảy ra nếu chúngta bắtđầu với một điện trường đồngđều, m/1,do mộtsố điện tích ngoài gây ra,và sauđó đưa vào mộtlưỡngcực, m/2, gồm hai điện tích nối với nhau bằng một thanh rắn. Lưỡng cực làm nhiễu hìnhảnh trường, nhưng quan trọng hơntrongmục đích củachúng ta là nó chịu một mômenquay.Trongví dụ này, điện tích dương chịumột lựchướnglên trên,còn điện tích âmthì bị kéo xuống.Kết quả là lưỡng cực có xu hướngtự sắp thẳnghàng với trường,m/3. Lò vi sóngđun nóng thứcăn với sóng điện (vàtừ). Sự luân phiên củamômenquaylàm chocác phân tử lắc lư và làm tăng lượng chuyển độngngẫu nhiên. Địnhnghĩa hơi mơ hồ củalưỡng cực cho ở trên có thể cải thiện bằngcách phát biểu rằnglưỡng cựclà bất kì vật nào chịu mômenquay trong điện trường. m/1. Điện trường đều do một số điện tích “bên ngoài” gây ra. 2. Một lưỡng cực đặt trong điện trường. 3. Lưỡng cực sắp thẳng hàng với trường. Cái gì xác địnhmômenquay tácdụnglên mộtlưỡngcực đặt trong một trường ngoài tạo ra? Mômen phụ thuộc vào lực, khoảng cách tínhtừ trục quay mà lực tácdụng, và góc giữa lựcvà đường nối từ trục quay đếnđiểm đặt củalực. Xét một lưỡngcực gồm haiđiện tích + q và – q cách nhaukhoảngl đặt trong một trường ngoài có độ lớn |E|,hợp một góc q so với trường. Mômen quaytoànphần tác dụnglên lưỡngcực là (Lưu ý mặc dù hailựccó hướng ngược nhau, nhưngmômenquay không triệt tiêuvì chúngđều cố làm xoắnlưỡng cực theocùng mộthướng).Đại lượng lq được gọi là mômen lưỡngcực, kí hiệu làD. (Các lưỡng cựcphức tạphơn cũng có thể gán cho một mômenlưỡng cực – chúngđược địnhnghĩa là cócùng mômenlưỡng cực như lưỡng cực hai điện tích chịu cùng mộtmômen quay). Ví dụ 4. Mômen lưỡng cực của phân tử hơi NaCl Trongphân tử hơi NaCl,khoảngcách tâm-nối-tâm giữa hainguyêntử là khoảng 0,6nm. Giả sử Cl hoàn toàn lấy mất một trong các electron của Na, hãy tính độ lớn mômen lưỡng cực củaphân tử này. Þ Điện tích tổng cộngbằng không, nên việc chúngtachọn gốc tọa độ ở đâu khôngảnh hưởng gì.Để cho tiện, ta chọnnó là một trong hainguyêntử,nên điện tích ở nguyên tử đó không góp phần cho mômenlưỡng cực. Độ lớn củamômen lưỡng cực khiđó bằng D = (6 x10 -10 m) (e) = (6x 10 -10 m) (1,6x 10 -19 C) = 1 x 10 -28 C.m Định nghĩa khác của điện trường Hành vi của lưỡng cựcđiện trong điện trườngngoàiđưa chúngta đếnmột định nghĩa kháccủa điện trường: định nghĩa khác của điện trường Vectơ cường độ điệntrường, E, tại một điểm bất kì trong không gianđược định nghĩa bằng cáchquan sátmômen quaytác dụng lên một lưỡng cực thử D t đặt tại đó. Hướng của trườnglàhướng mà trườngcó xuhướng sắp thẳnghànglưỡng cực (từ - sang+), và độ lớn của trường là |E| = t / D t sinθ. Lí dochủ yếu đưa rađịnh nghĩa thứ hai của cùng khái niệm trên là từ trường dễ được định nghĩa nhất bằngphươngpháp tương tự. Liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường Hiệu điện thế là thế năng trênđơnvị điện tích, vàcường độ điệntrường là lực trên đơn vị điện tích. Do đó,chúngta có thể liên hệ hiệu điện thế và trường nếu chúng ta bắt đầutừ mối quanhệ giữa thế năng và lực, Nói cách khác, sự chênh lệchđiện thế giữa haiđiểm bằng với cườngđộ điện trường nhân với khoảng cách giữachúng. Lờigiảithích làở chỗ điện trường mạnh là vùngkhônggian trong đó điện thế thay đổi nhanh. Tươngtự, sườn đồidốc là nơi trên bản đồ độ cao thay đổinhanh. Ví dụ 5. Điện trường do cá chình điện phát ra Ñ Giả sử một con cá chình điện dài 1 m,và làm phát sinhhiệu điện thế 1000 V giữađầu và đuôi của nó. Hỏi cườngđộ điện trường trongnước xungquanhnó bằngbao nhiêu ? Þ Chúngta chỉ tính độ lớncủa trường,chứ không tínhđến hướngcủa nó, nên chúng ta bỏ qua các kí hiệu dươngvà âm.Với giả thiết là chấp nhận điều khôngchínhxác là điện trường không đổi song songvới cơ thể con cá chình,ta có Câu hỏi thảo luận A.Trongđịnhnghĩacườngđộ điện trường,điện tích thử có cần là 1coulomb? Nó có cần là mộtđiện tích dương ? B. Mộthạt tích điện, chẳnghạn như electron hoặc proton,có chịu lực tác dụngtừ điện trường củariêng nó ? C. Có hay khôngđiệntrường xungquanh mộthốc tường không có gìcắmvào nó, hay một cái pin vừamới đặt nằm trên bàn ? D. Trong một đèn flashcấp nguồn bằng pin,điện trườnghướng theochiều nào ? Trườngđó sẽ trông như thế nào bên trong các dây dẫn ? Còntrongdây tóc của đènsợi đốt thì sao? E. Phê bình phát biểu sau: “Điện trường cóthể biểu diễn bằngmộtbiển mũi tên chỉ chiều dòng điện đang chạy”. F. Điệntrường của mộtđiện tích điểm,|E| =kQ/r 2 , cóđược trong phần câu hỏi tự kiểm tra ở trên. Hãy so sánh hình dạng trườngcủa mộtquả cầu tích điện đều với trườngcủa mộtđiện tích điểm ? G. Bêntrong của một vật dẫn điện hoàn hảo ở trạng thái cân bằng phải có điện trường bằng không,vì nếu không thì điện tích tự do bên trongnó sẽ bị trôi giạt đối với trường, và nó sẽ khôngcòn ở trạng thái cân bằng.Còn điện trường ngay tại bề mặt vậtdẫn hoànhảothì sao? Xét khả năng trườngvuông gócvới bề mặthay songsong với nó. n/ Câu hỏithảo luận H H. Sosánh mômenlưỡng cựccủa các phân tử và ion phân tử cho trong hình n. I. Những mẫu giấy nhỏ khôngbị làm cho nhiễm điện bằngbất kì cách nào có thể bị hút lên với một vật tích điện như một miếng băng tích điện. Theo thuật ngữ mớicủa chúng ta, chúng tacó thể mô tả điện tích của miếngbăng gây ra một mômenlưỡng cực trên mẫugiấy. Có thể sử dụng một kĩ thuật tươngtự để gây ra khôngchỉ một mômenlưỡng cực màlà một điện tíchhay không ? J. Trái Đất và Mặt Trăng kháchênhlệch về kích thướcvà cách xa nhau, giống như một quả bóng chày và một quả bóngbàn cầm trên hai taygiangrộngcủa bạn. Tưởng tượng thaythế hệ hành tinhvới đặc tínhcủa hành tinhkép:hai hành tinh có kích thướcbằng nhau,nằm gần nhau. Hãy pháchọa biểu đồ biển mũitên cho trường hấp dẫn của chúng. . Bài giảng Điện học (Phần 25) 5.3 Điện trường Định nghĩa Địnhnghĩa của điện trườnghoàn toàn tươngtự, và có cùngđộng cơ,như định nghĩa trườnghấpdẫn. định nghĩa điện trường Vectơ điện trường,E,. lựcđiện biểu hiện cả sự hút và đẩy.Một điện tích dương là nguồn của điện trường, và một điệntích âm là bồncủa điện trường. Điểm khó khăn nhất về địnhnghĩa điện trườnglà lực tác dụng lênmột điện tích. hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường Hiệu điện thế là thế năng trênđơnvị điện tích, vàcường độ điệntrường là lực trên đơn vị điện tích. Do đó,chúngta có thể liên hệ hiệu điện thế và trường