Vat ly 1 chuong 6 dien truong tinh

Đại học Sư phạm Đà Nẵng BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG TS PHÙNG VIỆT HẢI Chương ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH NỘI DUNG  Tương tác điện – Định luật bảo toàn đt  Điện trường  Định lí O - G  Cơng lực điện trường – điện thế, hđt  Năng lượng điện trường 6.1.TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT 6.1.1 Ba cách nhiễm điện cho vật 6.1.2 Điện tích, định luật bảo tồn điện tích Có hai loại điện tích: dương (+) âm (-) • Điện tích có giá trị nhỏ gọi điện tích ngun tố: • e  1, 6.10 19 C Điện tích vật nhiễm điện bội số nguyên lần điện tích ngun tố: Q = ne • Giá trị tuyệt đối điện tích gọi điện lượng • Điện tích chất điểm gọi điện tích điểm • Hệ lập điện tích hệ bảo tồn • Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút • 6.1.3 Định luật Coulomb q1 +  r12  F12 q2  q1 + r 12 q2 +  F12  Lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên chân không:  q1q r12 F12  k r r  k = 9.109 (Nm2/C2) (6.1) r: k/c đtích q1 + q2 +  r 12  F12  Trong mơi trường đẳng hướng, lực tương tác (lực điện q1 tác dụng lên q2) giảm  lần:   q1q r12 F12  k r r  (6.2) gọi số điện môi môi trường  Lực tĩnh điện tác dụng lên điện tích q0 hệ điện tích điểm q1, q2, qn gây     F  F1  F2   Fn  n  i 1  Fi (6.3) Hệ số điện môi số chất: Chất điện môi Chân không   Chất điện mơi Parafin 2,2 – 2,3 Khơng khí 1,0006 Cao su mềm 2,6 – Dầu hỏa 2,1 Mica – 5,5 Nhựa thông 3,5 Thủy tinh – 10 Ebônit 2,7 – Sứ 6,3 – 7,5 ỨNG DỤNG LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (trong ống khói nhà máy) Khói tỏa từ nhà máy xi măng Nhà máy xi măng Hải Phòng (2008) Làm để hạn chế lượng khói bụi trên, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường? * Giải pháp: * Hoạt động: Các hạt khói bụi bay từ lên qua kim loại bị tích điện ÂM, chúng bị hút dính vào kim loại trụ bị trung hòa điện Bộ phân học lắc nhẹ làm hạt khói bụi rơi xuống đưa ngồi Hiệu điện đặt vào cỡ vài chục nghìn V Hình ảnh ống khói có thiết bị lọc bụi Ống khói chưa có thiết bị lọc bụi Máy lọc bụi Là ứng dụng lực tương tác điện tích * Sơ đồ nguyên lí hoạt động : Với cách lọc lọc tới 95% bụi khơng khí Tổng kết cường độ điện trường gây bởi: Một điện tích điểm: k|Q| E r Khối cầu tích điện đều: ||r Et  3 k|Q| En  r Mặt phẳng tích điện đều: || E 20 Dây dài tích điện đều: E || 2k |  |  2 h h Vòng dây tròn tích điện đều: k | Q | x E (R  x )3/2 Đĩa tròn tích điện đều: || x E (1  ) 2 20 R x 33 6.4 CƠNG CỦA LỰC ĐT, ĐIỆN THẾ - HĐT 6.4.1 Cơng lực điện trường Điện tích q di chuyển điện trường điện tích Q B B B    A  F.dl  q.E.dr kQq  A  A A dr r A AB  kQ kQ   q    rA rB  (6.14) 34 Nhận xét: Công lực điện trường không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, phụ thuộc vào vị trí đầu cuối Lực điện trường LỰC THẾ 6.4.2 Thế điện tích điện trường Theo tính chất trường thế: (6.10) A MN   Wt  WtM  WtN  A MN Thế điện tích q điện trường Q q.kQ WtM  .rM (6.16) 35 6.4.3 Điện - hiệu điện a) Khái niệm: WtM VM  q (6.17) VM đặc trưng cho khả dự trữ năng, phụ thuộc vào điện tích gây điện trường điểm xét M gọi điện b) Nhận xét: Điện không xác định đơn sai khác số cộng, tùy thuộc vào việc chọn gốc điện Lí thuyết: chọn gốc điện vô cùng; Thực hành: chọn gốc điện đất, vỏ máy 36 c) Điện hệ điện tích gây Điện gây điện tích điểm: Vr  k Q (6.18) r Điện gây hệ điện tích điểm: VM  V   i Qi k riM (6.19) Điện gây vật tích điện: VM   vat md dV   vat md dq k r (6.20) 37 d) Hiệu điện A MN VM  VN   U MN q (6.21) HĐT hai điểm M, N điện trường đặc trưng cho khả sinh cơng lực điện trường, có gá trị cơng lực điện di chuyển điện tích +1C hai điểm M, N e) Bài tập ví dụ tĩnh điện Bài 11, 10 6.4.4 Mặt đẳng a) Khái niệm: Là tập hợp điểm điện trường có điện b) Tính chất: - Các mặt đẳng khơng cắt - Khi điện tích q di chuyển mặt đẳng cơng lực điện trường không - Đường sức điện trường (do đó, vectơ cường độ điện trường) ln vng góc với mặt đẳng - ĐT mạnh mđt dày, ĐT yếu mđt thưa; đt mđt mp // cách 39 6.4.5 Liên hệ cường độ điện trường điện Xét điện tích q di chuyển điện trường từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp Công lực điện trường đoạn đường vi cấp d là:     dA  F d   q E d  Mặt khác: dA  q(V1  V2 )  qdV Vậy:  V + dV V M dn  d   MN   dV   E d  Chọn l r Hay: N  dV   E dr   (6.22) (I) (II)  V V V E   grad V  ( , , ) x y z 40 Ví dụ 1: Cho q1 = 5.10– C; q2 = - 8.10– C, đặt A, B  khơng khí Tính điện M cách A, B 10 cm, 20cm Chọn gốc điện vô  Giải M q1 + A q2 B kq kq q1 q V    k(  ) r1 r2 r1 r2 8 5.10 V  9.10 ( 0,1 8 8.10  )  900 V 0, 41 Ví dụ 2: Vòng dây tròn, bán kính a, tích điện với điện tích tổng cộng Q Tính điện tâm O vòng dây điểm M trục vòng dây, cách O đoạn x Suy hiệu điện UOM  Ad số: a = 5cm; x = 12cm; Q = -2,6.10– C  Xét trường hợp:  a) Gốc điện vô cùng;  b) Gốc điện O  42 Giải a) Gốc điện vô cùng: VM  kQ a x  9.109.(2, 6.109 ) 0, 052  0,122 VM   dV  v/d  v/d k.dq k  r r  dq v/d  - 180V kQ 9.109.(2, 6.109 ) VO    - 468V a 0, 05  U OM  VO  VM = - 288V kQ  C  468  C  b) Gốc điện O:  VO  a  C  468 kQ M VM   C  180  C  288V 2  a  x r x  U OM  VO  VM  288V a d O 43 6.5 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG n * Năng lượng điện trường hệ điện tích điểm W   qiVi i 1 (7.2) * Năng lượng tụ điện: 1 Q W CU  * Năng lượng điện trường không đều: W  E d C  QU (7.3) (7.4) ( ) E   o E mặt độ lượng điện trường  thể tích khơng gian cóđiện trường 44 Ứng dụng: CĐ điện tích điện trường Lưỡng cực điện ứng dụng Lò vi sóng a) Lưỡng cực điện  Khái niệm: LCĐ hệ hai điện tích độ lớn trái dấu (q, - q) cách khoảng l nhỏ Khi LCĐ đặt điện trường, xuất mômen lực làm LCĐ quay theo phương song song với điện trường E   pe  q l 6.5.3 Hoạt động Lò vi sóng Lò vi sóng hoạt động nào? Phân tử nước – LCĐ 46 47 ... • 6 .1. 3 Định luật Coulomb q1 +  r12  F12 q2  q1 + r 12 q2 +  F12  Lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên chân không:  q1q r12 F12  k r r  k = 9 .10 9 (Nm2/C2) (6 .1) r: k/c đtích q1... (6. 6) i 1 E1  M E  q1 + E2 - q2 14 c Vectơ CĐĐT vật tích điện gây  E  d E vät mang điện dq  dE  k r r (6. 7)  dq  dV  dS  d  : mđđt khối dE  : mđđt mặt dq : mđđt dài r M 15 ... (6 .1) r: k/c đtích q1 + q2 +  r 12  F12  Trong môi trường đẳng hướng, lực tương tác (lực điện q1 tác dụng lên q2) giảm  lần:   q1q r12 F12  k r r  (6. 2) gọi số điện môi môi trường 