Lý thuyết trường điện từ Dòng điện và vật dẫn

Nguyễn Công Phương Lý thuyếttrường điệntừ Lý thuyết trường điện từ Dòng điện & vật dẫn Nội dun g 1. Giới thiệu 2. Giải tích véctơ 3. Luật Coulomb & cường độ điện trường 4. Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive 5. Năng lượng & điện thế 6. Dòng điện & vật dẫn 7. Điện môi & điện dun g g 8. Các phương trình Poisson & Laplace 9. Từ trường dừng 10. L ự c từ & đi ệ n cảm ự ệ 11. Trường biến thiên & hệ phương trình Maxwell 12. Sóng phẳng 13. Phảnxạ &tánxạ sóng phẳng Dòng điện & vật dẫn 2 13. Phản xạ & tán xạ sóng phẳng 14. Dẫn sóng & bức xạ Dòn g điện & vật dẫn • Dòng điện&mật độ dòng điện Dòng điện & mật độ dòng điện •Vật dẫn kim loại • Tính chấtvậtdẫn&điềukiệnbờ • Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ •Phương pháp soi gương • Bán dẫn • Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 3 Dòn g điện & mật độ dòn g điện (1) • Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng điện Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng điện dQ I dt  • Đơn vị A (ampère) • Dòng điện là dòng chuyển động của các hạtmangđiện dt • Dòng điện là dòng chuyển động của các hạt mang điện tích dương Dòng điện & vật dẫn 4 Dòn g điện & mật độ dòn g điện (2) • Dòng điện: biếnthiênđiện tích (theo thời gian) qua một Dòng điện: biến thiên điện tích (theo thời gian) qua một mặt, đơn vị A •M ậ t đ ộ dòn g đi ệ n: J ( A/m 2 ) ậ ộ g ệ ( ) •Gia số của dòng điện qua một vi phân mặt vuông góc với m ậ t đ ộ dòn g đi ệ n: ậ ộ g ệ ΔI = J N ΔS • Nếu m ậ t độ dò n g đ i ệ n kh ô n g vuô n g góc vớ i m ặ t : ếu ậ độ dò g đ ệ ô g vuô g góc vớ ặ : ΔI = J.ΔS • Dòng tổng: JS Id  Dòng điện & vật dẫn 5 Dòng tổng: J . S S Id   Dòn g điện & mật độ dòn g điện (3) v Qv    z Qv   SL   S  v Qv     v SL   v Q Sx     S  L  x y x  v Q  Q I t    v x IS t       x t  vx Sv    xvx Jv   x IJS   xvx  Jv  Dòng điện & vật dẫn 6 Jv v   Dòn g điện & mật độ dòn g điện (4) Cho J = 10 ρ 2 z a – 4 ρ cos 2 φ a mA/m 2 T ính dòng Ví dụ 1 z z = 2 JS Id  JS d  Cho J 10 ρ z a ρ 4 ρ cos φ a φ mA/m . T ính dòng điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ. ρ =3 z = 1 J . S S Id   3 J . S S d     z d ρ 22 3 10.3 4.3cosJa a z    x y ρ = 3 z + d z d ρ dz 3     2 90 12cosaaz     3 Sa a ddd dd   0 φ zd z z 3 Sa a ddd z dd z      Dòng điện & vật dẫn 7 x ρ φ ρ+dρ φ+dφ ρdφ Dòn g điện & mật độ dòn g điện (4) Ví dụ 1 Cho J = 10 ρ 2 z a – 4 ρ cos 2 φ a mA/m 2 T ính dòng z z = 2 JS Id  JS d  Cho J 10 ρ z a ρ 4 ρ cos φ a φ mA/m . T ính dòng điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ. ρ =3 z = 1 J . S S Id   3 J . S S d     22 3 10.3 4.3cosJa a z    x y ρ = 3 3     2 90 12cosaaz     3 270J.Sdzddz     3 Sa a ddd dd   3   22 270 z Izddz      2 2270 z zdz     254A  3 Sa a ddd z dd z      Dòng điện & vật dẫn 8 10 270 z Izddz      1 2 . 270 z zdz     2 , 54 A  Dòn g điện & mật độ dòn g điện (5)  J. S S I d    Dòng điện chảy ra khỏi một mặt kín: Điện tích dương trong mặtkín: Q Điện tích dương trong mặt kín: Q i Định luật bảo toàn điện tích J. S i S dQ Id dt     dt • Trong lý thuyết mạch, I = dQ/dt vì đó là dòng chảy vào Dòng điện & vật dẫn 9 • Trong lý thuyết trường, I = – dQ/dt vì đó là dòng chảy ra Dòn g điện & mật độ dòn g điện (6) JS i dQ Id  J . S i S dQ Id dt    (.) i V dQ dv dt    J () ddv   JS J  ( định lý đive ) iv V Qdv    ( . ) SV ddv   J . SJ  ( định lý đive )  (.) v VV d dv dv dt     J v V dv t      () v vv t        .J v t     .J  Dòng điện & vật dẫn 10 t  t  [...]...  r  r Dòng điện & vật dẫn 12 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 13 Vật dẫn kim loại (1) • Thuyết lượng tử • Dải hoá trị, dải dẫn, khe năng lượng • Vật dẫn kim loại: dải hoá trị tiếp xúc với dải dẫn, trường dẫn bên ngoài có thể tạo thành một dòng điện tử • Trong vật dẫn kim loại:... E.dS S Dòng điện & vật dẫn 17 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 18 Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (1) ấ ề • Giả sử có một số điện tử xuất hiện bên trong vật dẫn • Các điện tử sẽ tách xa ra khỏi nhau, cho đến khi chúng tới bề mặt của vật dẫn ặ ậ • Tính chất 1: mật độ điện tích...  8,854.10 12 332  2,938 nC/m 2 Dòng điện & vật dẫn y P(2, 5, 0) z 40 nC/m C/ R+ y P R– – 40 nC/m 27 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 28 Bán dẫn • Germani, silicon J • Điện dẫn suất của kim loại: E σ = – ρe μe • Điện dẫn suất của bán dẫn: σ = – ρe μe + ρh μh • h: lỗ trống... Dòng điện & vật dẫn   S , P  3,96 nC/ m 2 , 22 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 23 Phương pháp soi gương (1) +Q +Q Mặt đẳng thế, V = 0 Mặt phẳng dẫn, V = 0 –Q • Lưỡng cực: mặt phẳng ở giữa hai cực là mặt có điện thế bằng zero • Mặt phẳng đó có thể biểu diễn bằng một mặt dẫn. .. tích bên trong vật dẫn bằng zero, bề mặt vật dẫn có một điện tích mặt , ặ ậ ộ ệ ặ • Bên trong vật dẫn không có điện tích → không có dòng điện → cường độ điện trường bằng zero (theo định luật Ohm) • Tính chất 2: cường độ điện trường bên trong vật dẫn bằng zero ằ Dòng điện & vật dẫn 19 Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (2) ấ ề D ΔS Δh DN  E.dL  0   b a  c b  c  a d 0 Ebên trong vật dẫn = 0 ẫ a... ΔS Δh DN Dtt EN a Δw b Δh Δh d Δw c E Ett Vật dẫn x Vxy    E.dL  0 y Tính chất của vật dẫn trong điện trường tĩnh: C g ộ ệ g g ậ g 1 Cường độ điện trường tĩnh trong vật dẫn bằng zero 2 Cường độ điện trường tĩnh tại bề mặt của vật dẫn vuông g góc với bề mặt đó tại mọi điểm ặ ạ ọ 3 Bề mặt của vật dẫn có tính đẳng thế Dòng điện & vật dẫn 21 Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (4) ấ ề Ví dụ Cho V = 100(x2... – – – – μe, Germani: 0,36 m2/Vs; μh Germani: 0,17 m2/Vs h, – μe, Silicon: 0,12 m2/Vs; μh, Silicon: 0,025 m2/Vs Dòng điện & vật dẫn 29 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 30 ... loại: F = – eE Dòng điện & vật dẫn 14 Vật dẫn kim loại (2) • • • • • • F = – eE Trong chân không, vận tốc của điện tử sẽ tăng liên tục Trong vật dẫn, vận tốc này sẽ tiến đến một giá trị trung dẫn bình hằng số: vd = – μeE μe: độ cơ động của điện tử, đơn vị m2/Vs, luôn dương VD: Al: 0,0012; Cu: 0,0032; Ag: 0,0056 0 0012; 0 0032; 0 0056 J = ρvv → J = – ρe μeE Dòng điện & vật dẫn 15 Vật dẫn kim loại (3)...Ví dụ 2 Dòng điện & mật độ dòng điện (7) et Khảo sát mật độ dòng điện J  a r A/m2 r et I  Jr S  (4 r 2 )  4 re  t r I t 1 s, r 5 m  4 5e 1  23,1 A I t 1 s, r 6 m  4 6e 1  27 7 A 27, Dòng điện & vật dẫn 11 Ví dụ 2 Dòng điện & mật độ dòng điện (8) et Khảo á ậ Khả sát mật độ dòng điện J  dò điệ A/m a r A/ 2 r  et  v ar   .J ... hạn • → có thể thay lưỡng cực bằng một điện tích & một mặt phẳng dẫn điện mà không làm thay đổi các trường phía trên mặt dẫn tha Dòng điện & vật dẫn 24 Phương pháp soi gương (2) +Q +Q Mặt đẳng thế, V = 0 Mặt phẳng dẫn, V = 0 –Q +Q +Q Mặt đẳng thế, V = 0 ẳ ế Mặt phẳng dẫn, V = 0 ẳ ẫ –Q Dòng điện & vật dẫn 25 Ví dụ 1 Phương pháp soi gương (3) ρL ρL +1 +1 –5 Mặt phẳng dẫn, V = 0 –5 ? Mặt đẳng thế, V = 0 . b d V R      E. L Dòng điện & vật dẫn 17 . S I d   ES Dòn g điện & vật dẫn • Dòng điện& amp;mật độ dòng điện Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại • Tính chấtvậtdẫn&điềukiệnbờ • Tính . Phương Lý thuyếttrường điệntừ Lý thuyết trường điện từ Dòng điện & vật dẫn Nội dun g 1. Giới thiệu 2. Giải tích véctơ 3. Luật Coulomb & cường độ điện trường 4. Dịch chuyển điện, . dòng điện • Vật dẫn kim loại • Tính chấtvậtdẫn&điềukiệnbờ • Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ •Phương pháp soi gương • Bán dẫn • Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 13 Vật dẫn