Bài giảng Vật lý 1: Chương 1 cung cấp cho người học những kiến thức về trường điện từ. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có:
Nội dung Vật dẫn Vật dẫn & Điện môi a Vật dẫn cân b Tụ ñiện c Năng lượng điện trường Điện mơi Lê Quang Ngun www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen nguyenquangle@zenbe.com a b c d e Sự phân cực ñiện mơi Điện trường điện mơi Định luật Gauss ñiện môi Điều kiện liên tục mặt phân cách Các tính chất khác 1a Vật dẫn cân – Định nghĩa 1a Vật dẫn cân – Tính chất • Ngay vật dẫn tích điện, electron ñược thêm vào chuyển ñộng xa lực đẩy tĩnh điện • Sau chúng ngừng chuyển ñộng electron bị ñẩy ñến bề mặt vật dẫn • Vật dẫn trạng thái cân electron ngừng chuyển động định hướng, hay nói cách khác, vật dẫn khơng cịn dịng điện • Điện trường vật dẫn cân khơng • Điện trường bề mặt vng góc với bề mặt có độ lớn cho E = σ ε0 σ mật độ điện tích bề mặt • Tất điện tích dư nằm mặt ngồi vật dẫn • Vật dẫn cân vật ñẳng 1a Vật dẫn cân – Minh họa 1a Vật dẫn cân – Vật dẫn rỗng Điện tích bề mặt E = σ ε0 E=0 V = const E = σ ε0 1b Tụ điện – Ví dụ 1b Tụ điện – Định nghĩa • Tụ điện hệ gồm hai vật dẫn tích điện ngược dấu • Gọi q điện tích dương ∆V = V+ − V− > hiệu ñiện hai bản, ta có: q = C∆V • C ñiện dung tụ ñiện, ño Farad (F) Điện tích cảm ứng bề mặt • Vật dẫn rỗng cân có tính chất vật dẫn đặc • Tuy nhiên, đặt điện tích phần rỗng có lớp điện tích cảm ứng bề mặt phần rỗng • Điện trường bề mặt phần rỗng vng góc với có độ lớn Tụ điện phẳng Tụ điện trụ Tụ điện cầu Quả cầu lập −q, V− E q, V+ C = ε0 A d A: diện tích; d: khoảng cách hai C= 2πε 0l ln(b / a ) l: chiều cao; a, b: bán kính ngồi C= 4πε ab b−a a, b: bán kính ngồi C = 4πε a a: bán kính cầu 1c Năng lượng điện trường 1c Năng lượng điện trường (tt) • Năng lượng tụ ñiện phẳng: 1 U e = q∆V = C∆V 2 • Ta có: A d • Suy ra: C = ε0 • Năng lượng tĩnh điện ñược “cất giữ” ñiện trường, với mật ñộ xác ñịnh bởi: A U e = ε ( Ed ) = ε E 2Ω d • Ω = Ad thể tích phần giới hạn tụ điện ue = ε E 2 E ∆V = Ed • Như lượng ñiện trường lấp đầy khơng gian (V) là: (V) U e = ∫ ε E dV (V ) Ω = Ad 2a Sự phân cực điện mơi • Khi đặt điện mơi điện trường ngồi, dipole định hướng theo chiều điện trường – tượng phân cực điện mơi • Khi phân cực, bề mặt điện mơi xuất lớp điện tích liên kết uedV 2a Sự phân cực điện mơi – Vectơ phân cực − + − + − + − + E0 − + − + − + − + • Khi phân cực momen dipole trung bình điện mơi khác khơng Momen dipole trung bình tính đơn vị thể tích gọi vectơ phân cực P • Với điện mơi ñẳng hướng vectơ phân cực tỷ lệ với ñiện trường điện mơi: P = ε χE • χ > độ cảm điện (khơng có thứ ngun) 2a Sự phân cực điện mơi – Điện tích liên kết • Mật độ điện tích liên kết bề mặt điện mơi xác định bởi: σb = P ⋅ n • P, n vectơ phân cực đơn vị pháp tuyến bề mặt; n ñược chọn hướng bề mặt σb < n − +P − + − + − + E0 − + − + − + − + n σb > 2b Điện trường điện mơi – Ví dụ Mặt đẳng E0 Mặt đẳng E0 P • Các điện tích liên kết tạo điện trường ngược chiều, làm cho điện trường điện mơi nhỏ điện trường chân khơng • Nếu điện mơi đẳng hướng lấp đầy khoảng khơng gian hai mặt đẳng điện trường ngồi điện trường giảm ε lần • ε = χ + 1, số điện mơi E = E0/ε E0 − + − + Eb E0 − + 2c Định luật Gauss điện mơi • Vectơ cảm ứng điện định nghĩa là: D = ε0E + P • E điện trường điện mơi • Với điện mơi đẳng hướng: E = E0/ε E0 2b Điện trường điện mơi D = ε E + ε χE = ε (1 + χ )E D = ε 0εE − + 2c Định luật Gauss điện mơi (tt) • Định luật Gauss điện mơi: ∫ D ⋅ ndS = Q in (S ) 2d Điều kiện liên tục mặt phân cách • Thành phần pháp tuyến vectơ cảm ứng ñiện biến ñổi liên tục D1n = D2 n • Qin điện tích tự (S), khơng cần xét đến điện tích liên kết • Dạng vi phân: divD = ρ • Thành phần tiếp tuyến vectơ cường ñộ ñiện trường biến ñổi liên tục n D2n D1 D2 D1n E2 E1t t E1t = E2t • ρ mật độ điện tích tự 2e Các tính chất khác • Khi khoảng hai tụ ñiện ñược lấp ñầy điện mơi đẳng hướng điện dung tụ ñiện tăng lên ε lần • Mật ñộ lượng ñiện trường ñiện môi tăng lên ε lần 1 ue = ε 0εE = E ⋅ D 2 E1 E2t ...1a Vật dẫn cân – Minh họa 1a Vật dẫn cân – Vật dẫn rỗng Điện tích bề mặt E = σ ε0 E=0 V = const E = σ ε0 1b Tụ ñiện – Ví dụ 1b Tụ điện – Định nghĩa • Tụ ñiện hệ gồm hai vật dẫn tích... bản, ta có: q = C∆V • C điện dung tụ ñiện, ño Farad (F) Điện tích cảm ứng bề mặt • Vật dẫn rỗng cân có tính chất vật dẫn đặc • Tuy nhiên, đặt điện tích phần rỗng có lớp điện tích cảm ứng bề mặt... khoảng hai tụ điện lấp đầy điện mơi đẳng hướng điện dung tụ điện tăng lên ε lần • Mật ñộ lượng ñiện trường ñiện môi tăng lên ε lần 1 ue = ε 0εE = E ⋅ D 2 E1 E2t