Sach tham khao

An Minh, Xuân Mậu Tý 2008 HTTP://WWW.THUVIENVATLY.COM HTTP://WWW.THUVIENVATLY.COM BÀI GIẢNG ĐIỆN HỌC [Type your address]  [Type your phone © HIEPKHACHQUAY number]  [Type your e-mail address] BENJAMIN CROWELL Tặng Lớp Sư phạm Vật lí K2000 Trường Cao đẳng Cộng đồng Kiên Giang Nguyên bản: Electricity and Magnetism (freebook) Tác giả: Benjamin Crowell Người dịch: hiepkhachquay Bản dịch nhiều sai sót, mong nhận ý kiến góp ý bạn mailto: manhan101@yahoo.com MỤC LỤC Chương Điện Nguyên tử 1.1 Cuộc truy tìm lực nguyên tử 1.2 Điện tích, điện tính từ tính 1.3 Nguyên tử 1.4 Lượng tử hóa điện tích 11 1.5 Electron 14 1.6 Mơ hình bánh bơng lan rắc nho nguyên tử 18 Bài tập 21 Chương Hạt nhân 2.1 Phóng xạ 24 2.2 Mẫu hành tinh nguyên tử 27 2.3 Số nguyên tử 31 2.4 Cấu trúc hạt nhân 35 2.5 Lực hạt nhân mạnh, phân rã alpha phân hạch 38 2.6 Lực hạt nhân yếu, phân rã beta 40 2.7 Sự nhiệt hạch 44 2.8 Năng lượng hạt nhân lượng liên kết 45 2.9 Tác dụng sinh học xạ ion hóa 47 2.10 Sự hình thành nguyên tố 49 Bài tập 52 Chương Mạch điện, Phần 3.1 Dòng điện 54 3.2 Mạch điện 57 3.3 Điện 58 3.4 Điện trở 61 3.5 Tính dẫn điện vật chất 68 3.6 Áp dụng tính tốn 71 Bài tập 73 Chương Mạch điện, Phần 4.1 Sơ đồ mạch điện 78 4.2 Các điện trở mắc song song quy tắc mối nối 78 4.3 Các điện trở mắc nối tiếp 83 Bài tập 88 Chương Các trường lực 5.1 Tại lại trường lực 92 5.2 Trường hấp dẫn 94 5.3 Điện trường 97 5.4 Điện trường không 102 5.5 Hai ba chiều 103 5.6 Điện trường phân bố điện tích liên tục 105 Bài tập 107 Chương Điện từ học 6.1 Từ trường 109 6.2 Tính từ trường lực từ 112 6.3 Cảm ứng điện từ 115 6.4 Sóng điện từ 120 6.5 Năng lượng trường 123 6.6 Sự đối xứng khuynh hướng thuận bên 125 Bài tập 127 Chương A Điện dung Độ tự cảm A.1 Điện dung độ tự cảm 132 A.2 Mạch dao động 135 A.3 Điện dòng điện 137 A.4 Sự tắt dần 140 A.5 Trở kháng 143 Bài tập 145 Chương ĐIỆN VÀ NGUYÊN TỬ Nơi kết thúc kính thiên văn nơi bắt đầu kính hiển vi Trong hai tầm nhìn vĩ mơ vi mô này, quan trọng ? Victor Hugo Cha ông qua đời mẹ ông thai nghén Cậu trai bị mẹ hắt hủi nên ông bị tống khứ đến trường nội trú mẹ ông tái giá Bản thân ông chưa lấy vợ, tuổi trung niên, ơng có quan hệ gần gũi với người phụ nữ trẻ tuổi nhiều, mối quan hệ chấm dứt ông đột phát chứng thần kinh Sau thành công khoa học buổi đầu, ông sống phần lớn quãng đời cịn lại thất vọng bất lực khơng giải mã bí mật thuật giả kim Con người mơ tả Isaac Newton, Newton hoan hỉ sách giáo khoa tiểu sử thông thường Vậy ta lại ý đến mặt buồn bã đời ông ? Đối với nhà giáo dục khoa học đại, nỗi ám ảnh lâu dài Newton với thuật giả kim xem bối rối, xao lãng khỏi thành tựu chủ yếu ông sáng lập học đại Tuy nhiên, Newton, việc nghiên cứu thuật giả kim ơng có liên quan tự nhiên với nghiên cứu ông lực chuyển động Gốc rễ phép phân tích chuyển động Newton tính phổ qt nó: thành công việc mô tả giới trời đất với phương trình đó, trước người ta cho mặt trời, mặt trăng, hành tinh khác biệt so với vật thể thuộc trái đất Nhưng Newton nhận thấy khoa học mô tả giới tự nhiên theo cách thống nhất, khơng đủ khả thống quy mô người với quy mô vũ trụ: ông khơng hài lịng ơng hợp vũ trụ vi mơ vào tranh Chúng ta khơng phải ngạc nhiên trước thất bại Newton Mặc dù ơng tín đồ chắn tồn nguyên tử, khơng có thêm chứng thực nghiệm cho tồn chúng kể từ người Hi Lạp cổ đại lần thừa nhận chúng sở túy triết học Thuật giả kim làm việc dốc sức truyền thống bí mật thần bí Newton chuyển hóa lĩnh vực “triết học tự nhiên” thành mà công nhận khoa học vật lí đại, thật khơng cơng phê © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học bình ơng thất bại việc biến thuật giả kim thành ngành hóa học đại Thời gian lúc chưa chín muồi Kính hiển vi phát minh mới, khoa học mũi nhọn người đương thời Newton Hooke khám phá thể sống cấu tạo nên tế bào 1.1 Cuộc truy tìm lực nguyên tử Newton khơng phải nhà khoa học Ơng thầy phù thủy cuối John Maynard Keynes Tuy nhiên, cần phải nắm bắt chuỗi tư tưởng Newton xét nơi đưa đến với thuận lợi nhận thức khoa học đại Trong việc thống quy mô người vũ trụ tồn tại, ơng hình dung lại hai sân khấu diễn viên (cây cối nhà cửa, hành tinh sao) tương tác qua lực hút lực đẩy Ông bị thuyết phục đối tượng ngự trị giới vi mơ ngun tử, vấn đề cịn lại xác định xem chúng tác dụng lên loại lực Sự sáng suốt ông không bật so với bất lực ơng mang đến đơm hoa kết trái Ơng nhận thấy nhiều lực quy mơ người – lực ma sát, lực nhớt, lực thông thường giữ vật chiếm giữ không gian, vân vân – phải đơn giản biểu loại lực tác dụng ngun tử Băng dính vào giấy nguyên tử băng hút nguyên tử giấy Nhà không đổ sập xuống tâm trái đất ngun tử đẩy ngun tử bùn đất nằm Ở ơng bị sa lầy Thật cám dỗ nghĩ lực nguyên tử hình thức hấp dẫn, loại lực ông biết phổ quát, đơn giản mặt toán học Tuy nhiên, hấp dẫn ln ln lực hút, nên sử dụng để giải thích tồn lực nguyên tử đẩy lẫn hút ? Lực hấp dẫn vật có kích thước bình thường nhỏ, lí chưa ý tới xe cộ nhà cửa hút mặt hấp dẫn Thật khó hiểu hấp dẫn gây thứ mãnh liệt nhịp đập tim hay nổ thuốc súng Newton tiếp tục viết lách hàng triệu từ ghi chép thuật giả kim đầy luận số lực khác, có lẽ “lực thần thánh” hay “lực sinh dưỡng” ví dụ lực mang tinh dịch đến trứng Bốn miếng băng làm cho nhiễm điện, Tùy thuộc vào loại kết hợp chọn để kiểm tra, lực tương tác lực hút, 2, lực đẩy, Thật may mắn, ngày có đủ kiến thức để nghiên cứu mối hoài nghi khác với tư cách ứng cử viên cho lực nguyên tử: lực điện Lực điện thường thấy vật chuẩn bị cách cọ xát (hay tương tác bề mặt khác), chẳng hạn quần áo chà xát lên máy sấy Một ví dụ hữu ích rõ hình a/ 1: dán hai miếng băng lên mặt bàn, sau đặt thêm hai miếng lên chúng Kéo cặp lên khỏi bàn, tách chúng Hai miếng phía đẩy nhau, a/2, hai miếng Tuy nhiên, miếng phía © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học hút miếng phía trên, a/3 Lực điện có số điểm tương tự lực hấp dẫn, loại lực khác mà biết lực bản:  Lực điện phổ biến Mặc dù số chất, ví dụ lông thú, cao su, chất dẻo, phản ứng với nhiễm điện mạnh chất khác, vật chất tham gia vào lực điện mức độ Khơng có chất chất “phi điện” Vật chất vốn có tính hấp dẫn lẫn tính điện  Thí nghiệm cho thấy lực điện, giống lực hấp dẫn, lực tỉ lệ nghịch với bình phương Nghĩa là, lực điện hai cầu tỉ lệ với 1/r2, r khoảng cách tâm-nối-tâm chúng Ngồi ra, lực điện cịn có ý nghĩa lực hấp dẫn phương diện ứng cử viên cho lực nguyên tử, thấy chúng hút đẩy 1.2 Điện tích, điện tính từ tính Điện tích “Điện tích” thuật ngữ chuyên môn dùng biết vật làm nhiễm để tham gia vào tương tác điện Cần phân biệt với cách sử dụng phổ biến, thuật ngữ sử dụng bừa bải để tính chất điện Chẳng hạn, nói cách thơng tục “điện tích” pin, bạn dễ dàng xác minh pin khơng có điện tích ý nghĩa chun mơn, tức khơng tác dụng lực điện lên miếng băng bị làm cho nhiễm điện mô tả phần trước Hai loại điện tích Chúng ta dễ dàng thu thập hàng loạt liệu lực điện chất khác làm cho tích điện theo cách khác Ví dụ, lấy lông mèo nhiễm điện cách cọ xát lên lông thỏ hút thủy tinh chà xát lên lụa Vậy hiểu tất thơng tin ? Chúng ta thu đơn giản hóa lớn cách lưu ý thực tế có hai loại điện tích Giả sử chọn lơng mèo cọ xát lên lông thỏ đại diện loại A, thủy tinh cọ lên lụa đại diện cho loại B Bây thấy “loại C” Bất kì vật làm cho nhiễm điện phương pháp thuộc loại A, hút vật mà A hút đẩy vật mà A đẩy, thuộc loại B, có tính chất hút đẩy B Hai loại, A B, luôn biểu tương tác ngược Nếu A biểu lực hút số vật tích điện, B chắn đẩy xa, ngược lại Đơn vị coulomb Mặc dù có hai loại điện tích, loại biểu lượng điện khác Đơn vị hệ mét điện tích coulomb, định nghĩa sau: Một coulomb (C) lượng điện tích cho lực 9,0 109 N xuất hai chất điểm có điện tích C nằm cách m Kí hiệu cho lượng điện tích q Hệ số định nghĩa có nguồn gốc lịch sử, khơng phải học thuộc lịng xác Định nghĩa phát biểu cho chất điểm, tức vật nhỏ, khơng phần khác chúng cách khoảng khác Mô hình hai loại hạt mang điện Thí nghiệm cho thấy phương pháp cọ xát phương pháp khác làm tích điện cho vật gồm hai vật, hai cuối tích điện Nếu vật cần lượng định loại điện tích, vật có lượng tương đương loại điện © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học tích Có thể có nhiều cách hiểu khác điều này, cách đơn giản viên gạch cấu trúc vật chất có hai vị, vị ứng với loại điện tích Việc cọ xát vật lên làm di chuyển số hạt từ vật sang vật Theo mơ hình này, vật chưa bị làm cho nhiễm điện thật có lượng lớn hai loại điện tích, số lượng chúng chúng phân bố bên vật Vì loại A đẩy thứ mà loại B hút, ngược lại, nên vật tác dụng lực tổng hợp không lên vật khác Phần lại chương làm sáng tỏ mơ hình bàn xem hạt bí ẩn hiểu với ý nghĩa phần cấu trúc nội nguyên tử Sử dụng kí hiệu điện tích dương âm Vì hai loại điện tích có xu hướng triệt tiêu lực lẫn nhau, nên người ta gán nhãn cho chúng kí hiệu dương âm, nói điện tích tồn phần vật Việc gọi điện tích dương, điện tích âm, hồn tồn độc đốn Benjamin Franklin định mơ tả loại thứ mà gọi “A” âm, thật khơng có vấn đề ai gọi Một vật có điện tích tồn phần khơng (lượng điện tích thuộc hai loại nhau) gọi trung hịa điện  Hãy bình luận phát biểu sau: “Có hai loại điện tích, hút đẩy” Định luật Coulomb Một đối tượng lớn quan sát thực nghiệm tóm tắt sau: Định luật Coulomb: Cường độ lực tác dụng hai điện tích điểm cách khoảng r cho phương trình F k q1 q2 r2 k = 9,0 109 N.m2/C2 Lực lực hút điện tích khác dấu, lực đẩy chúng dấu Những kĩ thuật đại tài tình cho phép dạng 1/r2 định luật Coulomb kiểm tra đến độ xác khơng thể tin nổi, cho thấy số mũ nằm khoảng từ 1,99999999999999998 đến 2,0000000000000002 Lưu ý định luật Coulomb giống với định luật hấp dẫn Newton, độ lớn lực Gm1m2/r2, ngoại trừ có loại khối lượng, hai, lực hấp dẫn không lực đẩy Do tương tự gần gũi hai loại lực, nên sử dụng lại nhiều hiểu biết lực hấp dẫn Chẳng hạn, có tương đương điện định lí lớp vỏ: lực điện tác dụng bên ngồi vỏ cầu tích điện có độ lớn thể tồn điện tích tập trung tâm nó, lực tác dụng vào bên khơng Bảo tồn điện tích Một lí cho việc sử dụng kí hiệu dương âm cho điện tích thí nghiệm cho thấy điện tích bảo tồn theo định nghĩa này: hệ lập nào, tổng lượng điện tích số Đây lí thấy việc cọ xát chất ban đầu khơng tích điện lên ln ln có kết chất có lượng định loại điện tích, cịn chất cần lượng tương đương điện tích Bảo tồn điện tích trơng tự nhiên mơ hình vật chất cấu thành từ hạt dương âm Nếu điện tích hạt tính chất cố định loại hạt đó, hạt khơng thể tự sinh phá hủy, bảo tồn điện tích điều khơng thể tránh © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học Lực điện với vật trung hòa Như rõ hình b, vật tích điện hút vật khơng tích điện Làm điều xảy ? Vấn đề mấu chốt chỗ miếng giấy có tổng điện tích khơng, có số hạt mang điện bên có mức độ tự chuyển động Giả sử miếng băng tích điện dương, c Các hạt di động miếng giấy phản ứng với lực miếng băng, làm cho đầu miếng giấy trở nên tích điện âm đầu trở nên dương Lực hút giấy băng mạnh lực đẩy, đầu tích điện âm gần miếng băng b/ Miếng băng tích điện hút mẫu giấy khơng tích điện gần, làm nhấc bổng chúng lên c/ Mẫu giấy có tổng điện tích khơng, có hạt tích điện bên di chuyển  Điều xảy miếng băng tích điện âm ? Lối phía trước Chúng ta bắt đầu làm việc với hành vi điện phức tạp mà chưa nhận thấy xuất rành rành trước mắt Khơng giống rịng rọc, puli, mặt phẳng nghiêng học, diễn viên sân khấu điện từ học tượng khơng nhìn thấy xa lạ với kinh nghiệm hàng ngày Vì lí nên nửa thứ hai chương trình vật lí học bạn khác hồn tồn, tập trung nhiều vào thí nghiệm kĩ thuật Mặc dù bạn không thật nhìn thấy điện tích chuyển động qua sợi dây, bạn học cách sử dụng máy đo ampe để đo dịng chuyển động Sinh viên có xu hướng bị gây ấn tượng từ học kì vật lí họ môn khoa học chết người Không phải ! Chúng ta lần theo vết tích lịch sử dẫn trực tiếp đến nghiên cứu vật lí mũi nhọn mà bạn đọc thấy báo chí Những thí nghiệm nguyên tử xuất sắc bắt đầu vào khoảng năm 1900, mà nghiên cứu chương này, không khác với thí nghiệm năm 2000 – có điều nhỏ hơn, đơn giản hơn, rẻ tiền nhiều Lực từ Nghiên cứu toán học chi tiết từ học không xuất phần cuối sách này, cần phát triển vài khái niệm đơn giản từ học lực từ thường sử dụng thí nghiệm kĩ thuật mà nói tới Các nam châm thơng dụng hàng ngày nói chung có hai loại Nam châm vĩnh cửu, ví dụ loại nằm tủ lạnh nhà bạn, cấu tạo từ sắt chất giống thép có chứa nguyên tử sắt (Những chất khác định có từ tính, sắt rẻ © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học quy luật viết lại cách xáo trộn ba kí hiệu F, B, v Hãy xét mơ hình bạn, mơ hình xác mơ hình khơng xác ? 17 Chứng minh hai vịng dây dẫn phẳng có giá trị IA chịu mơmen quay từ trường, bất chấp hình dạng chúng Nói cách khác, mơmen lưỡng cực vịng dây điện định nghĩa IA, cho dù hình dạng khơng phải hình vng 18 Cuộn Helmholtz định nghĩa cặp cuộn dây tròn giống hệt cách khoảng cách h với bán kính chúng, b (Mỗi cuộn dây có nhiều dây) Dịng điện chạy theo vòng tròn theo hướng cuộn, nên trường có xu hướng củng cố lẫn vùng bên Cấu hình có thuận lợi mở, nên thiết bị khác dễ dàng đặt bên làm biến đổi trường nhìn thấy từ bên ngồi Việc chọn lựa h = b mang lại trường gần (a) Tìm phần trăm độ giảm trường tâm cuộn dây, so với cường độ toàn vẹn tâm toàn thiết bị (b) Giá trị h (không với b) làm cho độ chênh lệch phần trăm không ? 19 (a) Trong hình thiết bị ống chân khơng phần 6.2, suy hướng từ trường từ chuyển động chùm electron (b) Dựa câu trả lời bạn cho phần a, tìm chiều dòng điện cuộn dây (c) Các electron bên cuộn dây theo chiều ? (d) Dòng điện cuộn dây đẩy hay hút dòng điện tạo chùm tia bên ống ? So sánh với câu a 14 20 Trong hình thiết bị ống chân không phần 6.2, từ trường gần gây chuyển động trịn Hỏi cịn có khả khác ngồi quỹ đạo trịn khơng ? Nói chung, tượng có khả xảy ? 21 Trong 1, bạn ước tính lượng giải phóng cú sét, dựa lượng dự trữ điện trường trước tia sét xảy Giả thiết điện trường thiết đặt đến giá trị định, giá trị cần thiết để làm ion hóa khơng khí Tuy nhiên, phép đo thực tế dường luôn cho thấy cường độ điện trường đại khái nhỏ chục lần so với điện trường cần thiết mơ hình Trong thời gian dài, khơng có rõ ràng phép đo trường sai, hay mơ hình sai Nghiên cứu thực hồi năm 2003 dường cho thấy mơ hình sai Bây người ta tin khởi cuối cú sét tia vũ trụ vào bầu khí làm ion hóa số khơng khí Nếu điện trường nhỏ 10 lần so với giá trị giả định 1, điều có ảnh hưởng lên kết cuối ? 22 Trong phần 6.2, cung cấp phương trình cho từ trường bên solenoid, phương trình khơng cho câu trả lời gần miệng hay bên solenoid Mặc dù nói chung tính tốn máy tính trường vùng khác thật phức tạp, người ta tìm kết đơn giản, xác cho trường tâm hai miệng ống, sử dụng phép đối xứng phép cộng vectơ Giải pháp ? © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 131 Chương A ĐIỆN DUNG VÀ ĐỘ TỰ CẢM Chương phần tự chọn Con đường dài dẫn từ bóng đèn điện đến máy vi tính bắt đầu với bước tiến quan trọng: việc đưa khái niệm hồi tiếp vào mạch điện tử học Mặc dù nguyên lí hồi tiếp hiểu ứng dụng cho hệ nhiều kỉ, cho hệ điện kể từ đầu kỉ 20, đa số từ gợi lên hình ảnh Jimi Hendrix (hay số tay ghita gần hơn) cố tình sáng tạo tiếng rít chói tai, hay hình ảnh nhân vật trường học tình cờ thực điều tương tự thính phịng Trong ví dụ đàn ghita, nhà soạn nhạc đứng trước dòng ampe bật lên cao đến mức sóng âm phát từ loa dội trở lại dây ghita làm cho rung mạnh Đây ví dụ hồi tiếp dương: dây dao động mạnh sóng âm mạnh, sóng âm mạnh dây dao động mạnh Hạn chế khả làm chủ công suất khuếch đại Sự hồi tiếp âm quan trọng không Bộ ổn nhiệt bạn, chẳng hạn, mang lại hồi tiếp âm cách tắt bếp lị ngơi nhà trở nên đủ ấm áp, cách bật lên trở lại nhà trở nên lạnh Cơ chế làm cho nhiệt độ nhà dao động tới lui ngưỡng định Giống tiến triển theo hàm mũ ngồi tầm kiểm sốt hành vi hệ hồi tiếp dương, dao động tiêu biểu trường hợp hồi tiếp âm Bạn nghiên cứu kĩ lưỡng hồi tiếp âm Dao động Sóng (cuốn tập sách này) trường hợp hệ cơ, khơng gọi A.1 Điện dung độ tự cảm Trong dao động học, lượng biến đổi tuần hoàn dạng động năng, có lẽ cịn chuyển sang dạng nhiệt tiêu hao ma sát Trong mạch điện, điện trở thành phần tiêu thụ nhiệt Đâu đối tượng tương tự điện học việc dự trữ giải phóng động vật dao động ? Khi bạn nghĩ lượng dự trữ mạch điện, bạn tưởng tượng tới pin, pin nạp lại nạp 10 đến 100 lần trước chúng cạn kiệt Ngồi ra, pin khơng có khả biến đổi lượng khoảng thời gian đủ ngắn cho đa số ứng dụng Mạch điện nhạc cụ điện dao động hàng ngàn lần giây, lị vi sóng bạn hoạt động tần số gigahertz Thay cho pin, thường sử dụng tụ điện cuộn cảm để dự trữ lượng mạch dao động Các tụ điện, đối tượng bắt gặp, dự trữ lượng điện trường Cuộn cảm làm điều tương tự từ trường Tụ điện Năng lượng tụ điện tồn điện trường xung quanh Nó tỉ lệ với bình phương cường độ trường, cường độ trường tỉ lệ với điện tích tụ Nếu giả sử mang điện tích có độ lớn nhau, +q –q lượng dự trữ tụ điện phải tỉ lệ với q2 Vì lí lịch sử, viết số tỉ lệ 1/2C EC  q 2C Hằng số C thuộc tính hình học tụ điện, gọi điện dung © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 132 a/ Kí hiệu tụ điện c/ Hai dạng hình học phổ biến cuộn cảm Kiểu hình trụ bên trái gọi solenoid d/ Kí hiệu cuộn cảm b/ Một số tụ điện e/ Một số cuộn cảm Dựa định nghĩa này, đơn vị điện dung phải C2/J, kết hợp thường viết gọn lại farad, F = C2/J “Cái tích điện” tên gọi thức tụ điện Chú ý nhãn in tụ điện thường sử dụng MF để F, MF thật kí hiệu cho megafarad, khơng phải microfarad Sự lộn xộn khơng kí hiệu khơng theo chuẩn này, giá trị picofarad nanofarad thông dụng nhất, thập niên 1990 giá trị milifarad farad trở nên có sẵn kích thước vật lí thật tế Hình a cho biết kí hiệu dùng sơ đồ biểu diễn tụ điện Cuộn cảm Bất kì dòng điện tạo từ trường, nên thật dây dẫn mang điện mạch điện đóng vai trị cuộn cảm! Tuy nhiên, loại độ tự cảm “tản lạc” thường bị bỏ qua, giống thường bỏ qua điện trở tản lạc dây dẫn xét tới điện trở thật Để dự trữ lượng đáng kể lượng từ, người ta thường sử dụng cuộn dây thiết kế đặc biệt thành cuộn cảm Tất đóng góp vịng cho từ trường cộng lại với cho từ trường mạnh Không giống tụ điện điện trở, cuộn cảm thực tế dễ dàng chế tạo tay Chẳng hạn, người ta cuộn số dây xung quanh chốt gỗ ngắn, đặt cuộn dây bên chai nhựa aspirin với dây chì đưa ngồi, đổ đầy epoxy vào chai làm cho toàn lổn nhổn Một cuộn cảm giống này, dạng cuộn dây hình trụ, gọi solenoid, c, solenoid cách điệu hóa, d, kí hiệu sử dụng để biểu diễn cuộn cảm mạch điện, dạng hình học thật Một cuộn cảm dự trữ lượng ? Mật độ lượng tỉ lệ với bình phương cường độ từ trường, cường độ trường tỉ lệ với dòng điện chạy qua cuộn dây, nên lượng dự trữ cuộn cảm phải tỉ lệ với I2 Chúng ta viết L/2 cho số tỉ lệ EL  © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học L I 133 Như định nghĩa điện dung, có hệ số 1/2, túy vấn đề định nghĩa Đại lượng L gọi độ tự cảm cuộn cảm, thấy đơn vị phải J/A2 Tổ hợp đơn vị khó coi thường viết gọn lại henry, H = J/A Thay ghi nhớ định nghĩa này, điều có ý nghĩa tìm thấy cần thiết từ định nghĩa độ tự cảm Nhiều người biết đến cuộn cảm đơn giản “cuộn dây” không hiểu ý bạn bạn nhắc tới “phần cảm điện”, họ nhớ tới L “độ tự cảm” Ví dụ Các cuộn cảm giống mắc nối tiếp Nếu hai cuộn cảm mắc nối tiếp, dịng điện qua cuộn cảm ghép đơi phải qua hai phần Như vậy, theo định nghĩa độ tự cảm, độ tự cảm tăng gấp đơi Nói chung, độ tự cảm mắc nối tiếp cộng gộp lại, giống điện trở Lí giải tương tự cho thấy độ tự cảm solenoid xấp xỉ tỉ lệ với chiều dài nó, giả sử số vịng dây đơn vị chiều dài giữ khơng đổi g/ Các điện dung mắc song song cộng lại f/ Các độ tự cảm mắc nối tiếp cộng lại Ví dụ Các tụ điện giống mắc song song Khi hai tụ điện giống mắc song song, điện tích tích hai đầu tụ ghép tự chia hai phần Điện trường xung quanh tụ chia đôi cường độ, dự trữ phần tư lượng Hai tụ điện, tụ dự trữ phần tư lượng, mang lại phân nửa lượng dự trữ tồn phần Vì điện dung tỉ lệ nghịch với lượng dự trữ, nên điều hàm ý hai điện dung giống mắc song song cho điện dung gấp đơi Nói chung, điện dung mắc song song cộng gộp lại Điều không giống với hành vi cuộn cảm điện trở, với chúng cấu hình mắc nối tiếp cộng lại Điều phù hợp với thực tế điện dung tụ phẳng tỉ lệ với diện tích tụ Nếu có tụ hai song song, ghép chúng theo kiểu song song mang chúng lại gần liền bản, tạo tụ với có diện tích gấp đơi, có điện dung gần gấp đơi Các độ tự cảm mắc song song điện dung mắc nối tiếp khảo sát tập Ví dụ Tụ xoay Hình h/1 cho thấy cấu trúc tụ xoay gồm hai kim loại hình bán nguyệt song song Một cố định, cịn quay xung quanh trục chung chúng với núm xoay Các điện tích trái dấu hai hút lại, có xu hướng làm tăng diện tích chồng lên Diện tích chồng lấn diện tích góp phần hiệu cho điện dung, việc chỉnh nút xoay làm thay đổi điện dung Thiết kế đơn giản mang lại giá trị điện dung nhỏ, nên thực tế người ta thường sử dụng dãy tụ, mắc dây song song, với tất phần chuyển động có trục xoay h/ Tụ xoay © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 134 Câu hỏi thảo luận A Giả sử hai tụ song song mắc dây song song nhau, đặt gần nhau, liền bản, cho điện trường chúng chồng lên Điện dung thu nhỏ, hay lớn ? Bạn xoay mạch điện sang hình dạng khác làm cho hiệu ứng xảy tương tự, hiệu ứng bị loại trừ ? Còn trường hợp hai cuộn cảm mắc nối tiếp ? B Đa số tụ điện thực tế khơng có khe khơng khí hay khe chân khơng bản; thay chúng có chất cách điện gọi điện mơi Chúng ta nghĩ tới phân tử chất dạng lưỡng cực tự quay (ít phần đó), chúng khơng tự chuyển động xung quanh, chất rắn Hình bên cho thấy cách cách điệu hóa cao độ khơng thật để hình dung điều Chúng ta tưởng tượng tất lưỡng cực ban đầu xoay sang bên (1), tụ tích điện, chúng phản ứng cách xoay góc định (2) (Trong thực tế, tình cảnh lộn xộn nhiều, hiệu ứng thẳng hàng yếu nhiều) i/ Câu hỏi thảo luận B Cho đơn giản, tưởng tượng đưa lưỡng cực điện vào khe chân không Đối với lượng điện tích cho trước bản, điều ảnh hưởng đến lượng lượng dự trữ điện trường ? Điều ảnh hưởng thí nghiệm đến điện dung ? Bây giờ, lặp lại phép phân tích dạng cơng học cần thiết để tích điện cho A.2 Mạch dao động Hình j biểu diễn mạch dao động đơn giản Đối với ứng dụng thực tế nào, thật người ta cần nhiều thành phần Ví dụ, phím chuyển kênh radio, cần phải nối với ănten khuếch đại Tuy nhiên, tồn sở vật lí cần thiết j/ Mạch RLC nối tiếp k/ Tương đương học mạch RLC © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 135 Chúng ta phân tích mà khơng cần đổ mồ sơi nước mắt cả, đơn giản cách xây dựng tương đương với hệ học Trong dao động tử học, có hai dạng lượng dự trữ Elòxo = K= kx (1) mv (2) Trong trường hợp dao động tử học, thường giả sử lực ma sát thuộc dạng cho kết toán học đẹp nhất, F = - bv Trong mạch điện, tiêu hao lượng thành nhiệt xảy qua điện trở, khơng có lực học có liên quan, để tạo tương tự, phải trình bày lại vai trị lực ma sát dạng lượng Công suất tiêu hao ma sát với cơng học mà thực khoảng thời gian t , chia cho t , P  W/ t  F x / t  Fv  bv , nên Tốc độ tiêu thụ nhiệt = - bv2 (3)  Phương trình (1) có x bình phương, cịn phương trình (2) (3) có v bình phương Vì chúng bình phương lên, nên kết không phụ thuộc vào biến dương hay âm Điều có ý nghĩa vật lí khơng ? Trong mạch điện, dạng dự trữ lượng EC  q 2C (1’) EL  LI (2’) tốc độ tiêu thụ nhiệt điện trở tốc độ tiêu thụ nhiệt = - RI2 (3’) So sánh hai hệ phương trình, trước hết thiết lập tương tự đại lượng biểu diễn trạng thái hệ số thời điểm thời gian xq vI  v liên hệ với x mặt toán học ? I liên hệ với q ? Hai mối liên hệ có tương tự với không ? Tiếp theo, liên hệ đại lượng mô tả đặc điểm cố định hệ: k  1/C mL bR Vì hệ vốn dao động với chu kì T  2 m / k , nên giải phương trình điện cách lấy tương tự, cho ta T  2 LC Thay cho chu kì, T, tần số, f, tiện lợi làm việc với đại lượng   2 f , đại lượng hiểu số radian giây Khi © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 136  LC Vì điện trở R tương đương với b trường hợp cơ, nên tìm Q (hệ số tỉ lệ, khơng điện tích) mạch cộng hưởng tỉ lệ nghịch với R, biên độ cộng hưởng tỉ lệ trực tiếp với R Ví dụ Điều chỉnh máy thu radio Máy thu radio sử dụng loại mạch điện để chọn đài phát Vì máy thu cộng hưởng tần số định, đài có tần số lệch q xa khơng kích thích phản ứng mạch điện Giá trị R phải đủ nhỏ cho đài thời điểm bắt sóng, phải đủ lớn cho đài không nhiễu Tần số cộng hưởng chỉnh cách điều chỉnh L C, tụ xoay dễ chế tạo cuộn cảm biến thiên Ví dụ Áp dụng số Công ti điện thoại gửi nhiều thoại thời điểm sợi dây, điều thực cách chuyển tín hiệu giọng nói thành vùng tần số khác q trình truyền Số tín hiệu dây tăng lên tối đa cách làm cho vùng tần số (gọi dải thông) nhỏ tốt Thành vùng tương đối hẹp tần số cần thiết để làm cho giọng nói người nhận thức được, nên cơng ti điện thoại lọc hết tần số cao q thấp (Đây lí giọng nói qua điện thoại bạn khác với giọng nói bình thường bạn) Nếu lọc gồm mạch RLC với tần số cộng hưởng chừng kHz tụ điện F, giá trị độ tự cảm phải sử dụng ? Giải phương trình cho L, có L 1  = 2,5 x 10-3 F-1s2 6 1 C 10 F  2 10 s  Kiểm tra xem kết có thật đơn vị henri việc buồn tẻ, F-1s2 = (C2/J)-1s2 = J.C-2s2 = J/A2 = H Kết 25 mH Đây thật giá trị độ tự cảm lớn, cần cuộn dây to, nặng, đắt tiền Thật ra, có thủ thuật chế tạo loại mạch điện nhỏ rẻ tiền Có loại chip silicon gọi op-amp, số nhiều chất khác, chúng dùng để mô hành vi cuộn cảm Hạn chế chủ yếu op-amp hạn chế với ứng dụng công suất thấp A.3 Điện dịng điện Hiện tượng vật lí xảy mạch dao động ? Trước tiên, nhìn vào trường hợp cơ, sau vạch tương tự cho mạch điện Để cho đơn giản, bỏ qua tồn tắt dần, khơng có ma sát dao động tử học, khơng có điện trở mạch dao động điện Giả sử lấy dao động tử học kéo vật nặng khỏi trạng thái cân bằng, sau bng Vì ma sát có xu hướng chống lại lực lò xo, nên chất phác mong đợi việc khơng có ma sát cho phép vật nặng nhảy tức thời vị trí cân Tuy nhiên, điều khơng thể xảy ra, vật nặng phải có vận tốc vơ hạn để thực nhảy tức thời Vận tốc vô hạn yêu cầu động vô hạn, loại lượng có sẵn cho việc biến đổi thành động năng lượng dự trữ lị xo, lượng hữu hạn, khơng phải vơ hạn Tại bước hành trình trở lại trạng thái cân bằng, vận tốc vật nặng điều khiển xác lượng lượng lị xo trước chuyển hóa thành động Sau vật nặng đạt tới trạng thái cân bằng, qua vị trí qn tính riêng Nó thực © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 137 dao động giống hệt hai phía trạng thái cân bằng, khơng độ cao ma sát khơng có mặt để chuyển hóa lượng thành nhiệt Bây xét dao động tử điện, đối tượng tương tự vị trí điện tích Việc kéo vật nặng khỏi trạng thái cân giống việc tích điện +q –q hai tụ điện Vì điện trở có xu hướng chống lại dịng điện tích, nên tượng tượng khơng có mặt ma sát, điện tích chạy tức thời qua cuộn cảm (thật mẫu dây dẫn), tụ điện phóng điện tức thời Tuy nhiên, phóng điện tức thời khơng thể, u cầu dịng điện vơ hạn cho phóng điện tức thời Dịng điện vơ hạn tạo từ trường vô hạn xung quanh cuộn cảm, trường có lượng vơ hạn Thay vậy, tốc độ chạy dòng điện điều khiển thời điểm mối quan hệ lượng lượng dự trữ từ trường lượng dòng điện phải tồn để có từ trường mạnh Sau tụ điện đạt tới q = 0, vượt khỏi giá trị Mạch điện có loại “quán tính” điện riêng nó, điện tích ngừng chạy, phải có dịng điện khơng qua cuộn cảm Nhưng dòng điện cuộn cảm phải liên hệ với lượng lượng dự trữ từ trường riêng Khi tụ điện trạng thái q = 0, toàn lượng điện cuộn cảm, phải có từ trường mạnh xung quanh có chút dịng điện chạy qua Điều trơng hoang mang thường nói dịng điện cuộn cảm gây từ trường, nghe từ trường gây dịng điện Thật triệu chứng chất khó hiểu nhân vật lí học Thật khơng phần hợp lí nghĩ tới mối quan hệ nhân theo kiểu Tuy nhiên, điều trơng khơng thỏa ý, chẳng hạn không thật trả lời câu hỏi đâu nguyên nhân gây chênh lệch điện hai đầu điện trở (trong trường hợp điện trở hữu hạn); phải có chênh lệch điện thế, khơng có, định luật Ohm tiên đốn dịng điện khơng chạy qua điện trở Như vậy, điện thật thiếu câu chuyện từ trước đến Hãy bắt đầu nghiên cứu hiệu điện hai đầu tụ điện Điện thế điện đơn vị điện tích, hiệu điện hai tụ liên hệ với lượng lượng tăng lên tăng giá trị tuyệt đối điện tích tụ từ q lên q + q: VC   Eq q  Eq  / q  EC q   2 q   q  2C  q  C  Nhiều sách sử dụng phương trình làm định nghĩa điện dung Nhân thể, phương trình có khả giải thích ngun nhân lịch sử C định nghĩa cho lượng tỉ lệ nghịch với C giá trị cho trước C: người đưa định nghĩa nghĩ tới tụ điện dụng cụ tích điện khơng phải tích lượng, lượng điện tích dự trữ hiệu điện ổn định (“sức chứa” điện tích) tỉ lệ với C © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 138 l/ Cuộn cảm giải phóng lượng đưa vào hộp đen Trong trường hợp cuộn cảm, biết có dịng điện khơng đổi, ổn định chạy qua nó, từ trường khơng đổi,và lượng lượng dự trữ; khơng có trao đổi lượng cuộn cảm thành phần khác mạch điện Nhưng dịng điện biến thiên ? Từ trường tỉ lệ với dòng điện, nên thay đổi đối tượng thay đổi đối tượng Để cụ thể, tưởng tượng từ trường dòng điện giảm Năng lượng dự trữ từ trường giảm, theo bảo tồn lượng, lượng khơng thể biến – số thành phần khác mạch điện phải nhận lượng từ cuộn cảm Ví dụ đơn giản nhất, biểu diễn hình l, loạt mạch điện chứa cuộn cảm thành phần mạch điện khác Không quan trọng thành phần mạch điện gì, nên gọi hộp đen, thích bạn nghĩ điện trở, trường hợp lượng cuộn cảm bị điện trở chuyển hóa thành nhiệt Quy luật mối nối cho biết hai thành phần mạch điện có dịng điện chạy qua chúng, nên I kí hiệu cho hai dòng điện, tương tự vậy, định luật vịng kín cho biết Vcuộn cảm + Vhộp đen = 0, nên hai độ giảm phải có giá trị tuyệt đối, kí hiệu V Cho dù hộp đen tốc độ mà nhận lượng từ cuộn cảm cho |P| = |IV|,vì IV  EL  1 2 I   LI   LI t t  t  Hay V  L I t nhiều sách giáo khoa, định nghĩa độ tự cảm Chiều độ giảm (dấu cộng hay trừ) cho cuộn cảm chống lại thay đổi dòng điện Có thứ thú vị với kết Giả sử, để cụ thể, hộp đen hình l điện trở, lượng cuộn cảm giảm, chuyển hóa thành nhiệt điện trở Độ giảm qua điện trở cho biết có điện trường bên nó, điện trường chi phối dòng điện Nhưng điện trường từ đâu mà có ? Khơng có điện tích để tạo nó! Cái vừa phát trường hợp đặc biệt ngun lí tổng qt hơn, ngun lí cảm ứng: từ trường biến thiên tạo điện trường, ngồi điện trường điện tích tạo (Điều ngược lại đúng: điện trường biến thiên theo thời gian tạo từ trường) Sự cảm ứng hình thành nên sở cho công nghệ máy phát điện máy biến thế, cuối dẫn tới tồn ánh sáng, dạng sóng điện trường từ trường Đây chủ đề chương 6, điều thật đáng lưu ý tới kết luận mà không cần biết chi tiết từ học Tranh hoạt hình hình m so sánh điện trường điện tích gây ra, 1, với điện trường từ trường biến thiên gây ra, 2-3 Trong hình m/1, hai nhà vật lí phịng có trần tích điện dương sàn tích điện âm Nhà vật lí phía ném © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 139 bóng bowling tích điện dương vào ống dẫn uốn cong Nhà vật lí phía sử dụng súng radar để đo tốc độ bóng khỏi ống Họ nhận thấy bóng bị chậm lại vào lúc lên tới Bằng cách đo biến đổi động bóng, hai nhà vật lí đóng vai trò giống hệt volt kế Họ kết luận phía ống điện cao phía ống Sự chênh lệch điện xác nhận điện trường, trường rõ ràng gây điện tích sàn trần nhà Trong hình m/2, khơng có điện tích phịng, ngoại trừ bóng bowling tích điện Các điện tích chuyển động gây từ trường, nên có từ trường xung quanh ống xoắn ốc bóng chuyển động Một từ trường tạo nơi trước khơng có gì, trường có lượng Năng lượng đâu mà có ? Nó đến từ bóng, bóng phải động Hai nhà vật lí làm việc với lần đóng vai trị volt kế, lần họ kết luận có chênh lệch điện phần phần ống Hiệu điện xác nhận điện trường, điện trường khơng thể điện tích tạo ra, khơng có điện tích có mặt phòng Điện trường tạo thay đổi từ trường m/ Điện trường điện tích gây ra, 1, từ trường biến thiên gây ra, Nhà vật lí phía tiếp tục ném bóng vào ống, ống chứa đầy bóng, m/3, cuối dòng điện ổn định thiết lập Trong ống chứa đầy bóng, lượng từ trường tăng lên đặn, lượng lấy từ động bóng Nhưng dòng điện ổn định thiết lập, lượng từ trường khơng cịn biến thiên Các bóng khơng cịn phải cung cấp lượng để tích lũy trường, nhà vật lí phía nhận thấy bóng khỏi ống tốc độ trọn vẹn trở lại Không cịn có chênh lệch điện Mặc dù có dịng điện, I / t khơng Câu hỏi thảo luận A Điều xảy nhà vật lí phía hình m/3 bắt đầu mệt mỏi, làm giảm dòng điện? A Sự tắt dần Cho tới lúc này, “khều nhẹ” thực tế cách thay đổi đặc trưng dao động tử, người ta tạo hành vi khơng dao động Ví dụ, tưởng tượng lấy hệ vật nặng lò xo làm cho lò xo lúc yếu Trong giới hạn k nhỏ, thể khơng có lị xo cả, hành vi hệ bạn kích vật nặng bắt đầu chuyển động chậm dần Trong trường hợp ma sát tỉ lệ với v, giả định, kết vận tốc tiến tới không, không thật đạt tới không Điều không chân thật dao động tử học, khơng có ma sát biến vận tốc nhỏ, thực tế trường hợp mạch điện, giảm qua điện trở thật đạt tới khơng dịng điện đạt tới khơng © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 140 Các mạch điện biểu hành vi tương tự Để cho đơn giản, phân tích trường hợp mạch LRC có L = C = Mạch RC Trước tiên, phân tích mạch RC, n Trong thực tế, người ta phải “kích” mạch điện, ví dụ cách chèn vào pin thời gian ngắn, để có hành vi hấp dẫn Chúng ta bắt đầu với định luật Ohm phương trình cho hiệu điện hai đầu tụ điện VR = IR VC = q/C Định luật vịng kín cho ta VR + VC = kết hợp ba phương trình cho ta mối quan hệ q I: I  q RC Dấu trừ cho biết dịng điện có xu hướng làm giảm điện tích tụ điện, tức làm cho phóng điện Cần nhớ cường độ dòng điện tỉ lệ với q: q lớn, lực hút điện tích +q –q hai tụ lớn, điện tích chạy nhanh qua điện trở để hợp Nếu có điện tích khơng tụ, khơng có ngun dịng điện chạy Vì ampe, đơn vị dòng điện, tương đương với coulomb giây, nên đại lượng RC phải có đơn vị giây, bạn tự kiểm tra điều RC số thời gian mạch điện I q thay đổi xác theo thời gian ? Viết lại I dạng q / t , có q  q t RC Phương trình mô tả hàm q(t) luôn giảm theo thời gian, tốc độ giảm lúc đầu lớn, q lớn, lúc nhỏ q tiến tới khơng Là thí dụ loại hành vi tốn học này, tưởng tượng người đàn ơng có 1024 cần sa sân sau nhà ông ta, tâm nhổ phân nửa số chúng ngày Vào ngày thứ nhất, ơng ta nhổ phân nửa, cịn lại 512 Ngày tiếp theo, ông ta nhổ phân nửa số lại, để lại 256 Số lại tiếp tục giảm theo hàm mũ: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, Trở lại ví dụ điện chúng ta, hàm q(t) cần lũy thừa, lũy thừa viết dạng aebt, e = 2,718… số logarith tự nhiên Chúng ta viết với số 2, câu chuyện cần sa, thay cho số e, sở toán học phần sau hóa đơn giản sử dụng e Không thể đưa số có đơn vị vào hàm làm số mũ, nên bt khơng có đơn vị, b phải có đơn vị nghịch đảo giây Số b xác định mức độ nhanh tắt dần theo hàm mũ Các thơng số vật lí mạch điện mà b có khả phụ thuộc vào R C, cách đặt đơn vị ohm farad với đơn vị nghịch đảo giây cách tính 1/RC Như vậy, thật sử dụng 7/RC, hay 3/RC, hay số khơng có đơn vị chia cho RC, nơi việc sử dụng số e thành có lợi: số e, số khơng có đơn vị hóa Như vậy, đáp số © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 141  t  q  q0exp     RC  Con số RC, với đơn vị giây, gọi số thời gian RC mạch điện, cho biết phải chờ muốn thấy điện tích giảm 1/e o/ Trong khoảng thời gian RC, điện tích tụ điện giảm e lần Mạch RL Mạch RL, p, khảo sát với phương pháp tương tự, người ta dễ dàng cho ta  R  I  I 0exp   t   L  Hằng số thời gian RL L/R p/ Mạch RL Ví dụ Mối nguy hiểm solenoid; ổ cắm xẹt điện Khi đột ngột phá vỡ mạch RL, điều xảy ? Có thể đối mặt với nghịch lí, có hai dạng lượng, lượng từ nhiệt, dòng điện giảm đột ngột, từ trường phải co lại đột ngột Nhưng lượng từ trường bị đâu ? Nó khơng thể chuyển hóa thành nhiệt cản trở điện trở, mạch điện bị hở, dịng điện khơng thể chạy! Cách thoát khỏi câu đố nhận khe hở mạch điện có điện trở lớn, không vô hạn Điện trở lớn làm cho số thời gian RL L/R nhỏ Như vậy, dòng điện tiếp tục chạy thời gian ngắn chạy thẳng qua khe khơng khí nơi mạch điện bị hở Nói cách khác, có tia lửa điện! Chúng ta xác định dựa vài cách lí giải khác độ giảm từ đầu tia lửa điện đến đầu phải lớn Trước hết, điện trở khơng khí lớn, V = IR cần điện lớn Chúng ta giải thích tất lượng từ trường bị tiêu hao thời gian ngắn, nên công suất tiêu hao tia lửa điện, P = IV lớn, điều cần giá trị lớn V (I không lớn – giảm từ giá trị ban đầu nó) Nhưng cách thứ ba tới kết xét phương trình VL = I/t: số thời gian ngắn, đạo hàm thời gian I/t lớn Đây cách thức đánh lửa xe hoạt động Một ứng dụng khác an toàn điện: thật nguy hiểm phá vỡ mạch cảm kháng đột ngột, nhiều lượng giải phóng © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 142 thời gian ngắn Cũng chẳng hoan nghênh tia lửa điện phóng qua khe khơng khí; thể qua người bạn, thể bạn có điện trở thấp Câu hỏi thảo luận A Một chuột cắn mòn dây dẫn hệ thống thắp sáng DC sân trước nhà bạn, bóng đèn bị tắt Ngay lúc mạch điện trở nên bị hở, xem hai đầu trần dây dẫn giống hai tụ điện, với khe khơng khí (hay khe chuột) chúng Ở nói tới loại giá trị điện dung ? Giá trị có cho bạn biết số thời gian RC hay không ? A Trở kháng Từ trước đến đây, nghĩ dao động tự mạch điện Đây giống dao động tử học kích thích sau tự dao động theo cách riêng mà khơng có ngoại lực giữ cho dao động khơng bị tắt dần Giả sử mạch LRC điều khiển điện biến thiên dạng sin, ví dụ điều xảy chỉnh radio xoay với ănten thu Chúng ta biết dòng điện chạy mạch điện, biết có hành vi cộng hưởng, khơng thiết đơn giản liên hệ dòng điện với điện trường hợp tổng quát Hãy bắt đầu với trường hợp đặc biệt mạch LRC gồm điện trở, điện dung độ tự cảm Chúng ta quan tâm tới hưởng ứng trạng thái bền Trường hợp điện trở thật dễ Định luật Ohm cho ta I V R Trong trường hợp điện dung, mối quan hệ V = q/C cho ta tính I q V C t t q/ Trong tụ điện, dòng điện sớm pha 90o so với điện ~ Nếu hiệu điện biến thiên, chẳng hạn V  t   V sin t  , dịng điện ~ ~ ~ I  t   CV cos t  , nên dòng điện cực đại I  CV Bằng cách lấy tương tự với định luật Ohm, viết ~ V I ZC ~ © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 143 Trong đại lượng ZC  C [trở kháng tụ điện] có đơn vị ohm, gọi trở kháng tụ điện tần số Lưu ý có cực đại dịng ~ ~ điện, I , tỉ lệ với cực đại hiệu điện thế, V , nên tụ điện không hành xử giống điện trở Cực đại V I xảy thời điểm khác nhau, biểu diễn hình q Cần ý trở kháng trở nên vô hạn tần số không Tần số khơng có nghĩa cần thời gian vô hạn trước hiệu điện thể biến thiên lượng Nói cách khác, giống tình tụ điện nối qua hai cực pin phép ổn định trạng thái có điện tích khơng đổi hai cực Vì điện trường hai khơng đổi, nên khơng có lượng thêm vào hay lấy khỏi trường Một tụ điện trao đổi lượng với thành phần mạch điện khác khơng mạch điện hở  Tại tụ điện khơng có trở kháng in nhãn với điện dung ? Tính tốn tương tự cho ta ZL = L [ trở kháng cuộn cảm] cuộn cảm Cần lưu ý cuộn cảm có trở kháng thấp tần số thấp hơn, tần số khơng, khơng có biến thiên từ trường theo thời gian Khơng có lượng thêm vào hay giải phóng từ từ trường, khơng có hiệu ứng cảm ứng, cuộn cảm đóng vai trị mẫu dây dẫn có điện trở khơng đáng kể Thuật ngữ “kháng” dùng cho cuộn cảm ám khả “kháng lại” tần số cao r/ Dịng điện chạy qua cuộn cảm chậm pha 90o so với hiệu điện Mối quan hệ pha biểu diễn hình q r ghi nhớ cách nhớ riêng tôi, “eVIL”, nghĩa hiệu điện (V) trước dòng điện (I) mạch tự cảm, điều ngược lại mạch điện dung Cách nhớ thơng dụng “ELI ICE”, sử dụng kí hiệu E cho suất điện động, khái niệm quan hệ gần gũi với hiệu điện Những nội dung cần thận trọng với trở kháng (1) khái niệm áp dụng cho mạch điện điều khiển dạng sin, (2) trở kháng cuộn cảm hay tụ điện phụ thuộc vào tần số và, (3) trở kháng mắc song song hay nối tiếp không kết hợp theo quy luật ghép điện trở Tuy nhiên, người ta khắc phục hạn chế © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 144 Bài tập Nếu dò radio FM gồm mạch LRC chứa cuộn cảm H, ngưỡng điện dung mà tụ xoay cung cấp ? (a) Chứng minh phương trình VL  LI / t có đơn vị phù hợp (b) Xác nhận RC có đơn vị thời gian (c) Xác nhận L/R có đơn vị thời gian Tìm lượng dự trữ tụ điện theo điện dung hiệu điện hai đầu Tìm độ tự cảm hai cuộn cảm giống hệt mắc song song Bản thân dây dẫn mạch điện có điện trở, độ tự cảm điện dung Độ tự cảm điện dung “tản lạc” quan trọng mạch điện tần số cao hay tần số thấp ? Để cho đơn giản, giả sử dây dẫn tác dụng giống chúng mắc nối tiếp với cuộn cảm tụ điện (a) Tìm điện dung hai tụ điện giống hệt mắc nối tiếp (b) Dựa kết a, bạn mong đợi điện dung tụ song song phụ thuộc vào khoảng cách hai ? Tìm điện dung bề mặt trái đất, giả sử có “bản” cầu bên ngồi vơ (Trong thực tế, bên miêu tả phận xa chừng mực vũ trụ mà mang số điện tích khỏi để tích điện cho trái đất) Bắt đầu từ quan hệ V  LI / t cho hiệu điện hai đầu cuộn cảm, cuộn cảm có trở kháng L An Minh, Xuân Mậu Tý 2008 02/02/2008, 17:15:04 © hiepkhachquay | Bài giảng Điện học 145 ... dù số chất, ví dụ lông thú, cao su, chất dẻo, phản ứng với nhiễm điện mạnh chất khác, vật chất tham gia vào lực điện mức độ Khơng có chất chất “phi điện” Vật chất vốn có tính hấp dẫn lẫn tính... Điện tích, điện tính từ tính Điện tích “Điện tích” thuật ngữ chuyên môn dùng biết vật làm nhiễm để tham gia vào tương tác điện Cần phân biệt với cách sử dụng phổ biến, thuật ngữ sử dụng bừa bải để... nguyên tử Mãi thuyết nhiệt động lực học phát triển chứng minh thuyết phục nguyên tử thật tồn chúng tham gia vào chuyển động liên tục không ngưng nghỉ Phát đạn chứng minh nguyên tử cách trừu tượng