Bài giảng vật lý đại cương A2 (vật dẫn)

CHƯƠNG 2 - VẬT DẪN 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện 2. Điệnhưởng và tụđiện 3. Năng lượng điệntrường 1 Vậtdẫn(vậtliệudẫn điện) ª Ví dụ: Kim loại, than chì, các dung dịch muối, nước, cơ thể sống… ) Vậtliệucósẵn các điệntíchtự do mà có thể dễ dàng di chuyểntừ nguyên tử (phân tử) này tới nguyên tử (phân tử) khác ⇒ quá trình tái phân bốđiện tích trên toàn bộ bề mặtkhi bị nhiễm điện. Vậtdẫn 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện Chấtbándẫn(vậtliệubándẫn) ) Vậtliệu mà các điệntíchtự do định xứ tạinhững vùng nhất định có thể tự do di chuyểnkhichịu các tác động từ bên ngoài (ánh sáng, nhiệt độ…). ª Ví dụ: Si-líc, Germanium… 2 ) Điệntíchtự do chính là các điệntử (electron) hóa trị do liên kếtyếuvớihạt nhân nguyên tử mà dễ dàng bị bứtkhỏi nguyên tử và trở thành điệntử tự do. Phân loạivậtliệutheođộ dẫn(khả năng dẫn điện) Vậtdẫn kim loại ) Vậtdẫncânbằng tĩnh điện: vậtcócácđiệntíchtự do đứng yên. Chất điệnmôi Chấtbándẫn Vậtdẫn Độ dẫn Bạc Đồng Nhôm Sắt Thủy ngân Than chì Nước Ger-ma-ni Si-líc Kh/khí khô Gỗ Thủytinh Cao su 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện 3 ) Khôngcóquátrìnhdịch chuyển điện tích và vector cường độ điện trường bên trong vậtdẫn(khốihoặcrỗng): 0= trong E r Điềukiệnvậtdẫn cân bằng tĩnh điện ) Tại ∀ điểmtrênbề mặtvậtdẫn 0= t E 0 εε σ == EE n ª Đường sức điệntrường vuông góc vớibề mặtvậtdẫntại ∀ điểm ª ª S 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện 4 ) Bên trong vậtdẫn, E = 0: dSEVV N M NM ∫ =− r do E = 0 ⇒ V M -V N = 0 ª Hiệu điệnthế giữaM & N, ª V M = V N = V A =V B Tính chấtcủavậtdẫn cân bằng tĩnh điện Vậtdẫnlàvật đẳng thế 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện Bên ngoài vậtdẫn ) ⇒ E ⊥ mặt đẳng thế tạimọi điểm n EE rr = N M 0= trong E r n EE r r = 5 Tính chấtcủavậtdẫn cân bằng tĩnh điện Phân bốđiệntíchphụ thuộchìnhdạng bề mặt Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt ª Điện tích tập trung trên bề mặtvậtdẫn ∑ ∫ =εε i i qdSE r 0 do E = 0 ⇒ 0= ∑ i i q ) Bên trong vậtdẫn, áp dụng định lý Gauss ) Điệntíchtập trung chủ yếutại các bề mặtlồi hoặcmũinhọn ) Không có điện tích ở bề mặtlõm hoặchốc MặtGauss 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện 6 2. Điệnhưởng và tụđiện Hiệntượng điệnhưởng ª Lựchúttĩnh điện ⇒ các điệntử (electron) dịch chuyểnngượcchiều E 0 về phía bề mặtgầnA ⇒ tích điện (-), phía đốidiện tích điện(+). 0 Điệntích cảm ứng 0 0 E r ) Quả cầu B (trung hòa điện) đặt gầnquả cầuA tíchđiện(đ/trường ) ª Quá trình dịch chuyểncácđiện tích ⇒ hình thành ⇒ chấmdứt khi khử ⇒ 0= trong E r 'E r 'E r 0 E r ª Quá trình phân bố lạicácđiện tích tự do trong vậtdẫndướitác dụng của điệntrường ngoài ⇒ hiệntượng cảm ứng điệntĩnh = điệnhưởng. 7 2. Điệnhưởng và tụđiện Hiệntượng điệnhưởng Điệnhưởng mộtphần ) Chỉ mộtphần đường sứccủaA đi qua B con mộtphần điravô cùng. ) Điệntíchcảm ứng có độ lớn nhỏ hơn độ lớn điện tích trên vật mang điện. ⎜q’ ⎜< ⎜q ⎜ Điệntích cảm ứng 0 q q’ 8 2. Điệnhưởng và tụđiện ) Điệntíchcảm ứng có độ lớn bằng độ lớn điện tích trên vật mang điện. ⎜q’ ⎜= ⎜q ⎜ Màn chắntĩnh điện ) VậtdẫnB baokínvậtmang điệnA ⇒ tấtcả đường sứccủaA đềutận cùng trên vậtdẫnB. q q’ Hiệntượng điệnhưởng Điệnhưởng toàn phần ) Vậtdẫn cân bằng tĩnh điện rỗng đặt trong trường ngoài ⇒ tái phân bốđiệntích⇒ E trong = 0 . 9 ) Ở trạng thái cân bằng tĩnh điện ⇒ vậtdẫn là vật đẳng thế với điệnthế V ⇒ V tỉ lệ với điệntíchcủavật, tứclà: V = k.Q Điện dung vậtdẫncôlập Cconst V Q k === 1 ⇒ Q = C.V ª ª Định nghĩa: Điện dung C củamộtvậtdẫn cô lậplàđạilượng vậtlýcógiátrị bằng trị số điệntíchmàvậtdẫntíchđượckhiđiệnthế của nó bằng một đơnvịđiệnthế. ª C đặctrưng cho khả năng tích điệncủavậtdẫn Đơnvịđiện dung: Fara (F), theo đó: V C F 1 1 1 = Nếu C = 1 F ⇒ )(10.9 10.86,8.14,3.4 1 4 9 12 0 m C R == πε = − ª Vì thế, trong kỹ thuật điệnvàđiệntử thường sử dụng đơnvị: 1 μ F = 10 -6 F; 1 nF = 10 -9 F và 1 pF = 10 -12 F R RO O R Q 0 4 1 πεε V r Q 0 4 1 πεε ª Vớiquả cầu tích điện đặt trong chân không, có: R V Q C 0 4πε== 2. Điệnhưởng và tụđiện 10 [...]... điểm 1 n Năng lượng hệ n điện tích điểm: W = ∑ qiVi 2 i =1 Năng lượng của một vật dẫn tích điện cô lập 1 1 1 1 Vdq = V ∫ dq = VQ = CV 2 2∫ 2 2 2 1 1 Q2 vì Q = C.V ⇒ W = CV 2 = 2 2 C Năng lượng điện của một hệ vật dẫn tích điện Năng lượng vật dẫn: W = Hệ vật dẫn có điện tích Q1, Q2,…, Qn và điện thế V1, V2,…, Vn Năng lượng hệ vật dẫn: W = n 1 ∑ 2 QiVi i =1 16 3 Năng lượng điện trường Năng lượng điện trường...2 Điện hưởng và tụ điện Tụ điện Hệ 2 vật dẫn cô lập ở điều kiện hưởng ứng điện toàn phần Mỗi vật dẫn là một bản cực của tụ điện, có điện tích +Q và –Q (ở trên bề mặt) , điện thế +V và –V Hiệu điện thế giữa 2 bản cực: V1 – V2 = U Điện dung tụ điện Điện dung C của tụ:... của tụ: C = Q Q = V1 − V2 U Fara là điện dung của một tụ điện khi có điện lượng 1 Coulomb thì hiệu điện thế giữa 2 bản cực bằng 1 volt 11 2 Điện hưởng và tụ điện S Điện dung tụ điện S Tụ điện phẳng Hệ 2 vật dẫn là 2 bản kim loại phẳng, diện tích S, điện tích Q, -Q và điện thế V1, V2, cách nhau 1 khoảng d (rất nhỏ) U Điện trường E giữa 2 bản cực coi như gây bởi 2 mặt phẳng song song vô hạn mang điện với . CHƯƠNG 2 - VẬT DẪN 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện 2. Điệnhưởng và tụđiện 3. Năng lượng điệntrường 1 Vậtdẫn(vậtliệudẫn điện) ª Ví dụ: Kim loại, than chì, các dung dịch muối, nước, cơ thể sống… ) Vậtliệucósẵn. trình tái phân bốđiện tích trên toàn bộ bề mặtkhi bị nhiễm điện. Vậtdẫn 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện Chấtbándẫn(vậtliệubándẫn) ) Vậtliệu mà các điệntíchtự do định xứ tạinhững vùng nhất định có. chấtcủavậtdẫn cân bằng tĩnh điện Vậtdẫnl vật đẳng thế 1. Vậtdẫncânbằng tĩnh điện Bên ngoài vậtdẫn ) ⇒ E ⊥ mặt đẳng thế tạimọi điểm n EE rr = N M 0= trong E r n EE r r = 5 Tính chấtcủavậtdẫn cân