Các electron tự do trong vật dẫn chỉ ngừng chuyển dời có hướng khi cường độ điện tổng hợp bên trong vật dẫn bằng không và đường sức của điện trường ngoài vuông góc với mặt vật dẫn, ngh[r]
(1)21 Bắn electron với vận tốc vr vào điện trường
A Nếu vrcùng phương chiều với Er: bay chậm dần
B Nếu vrcùng phương ngược chiều với Er: bay nhanh dần C Nếu vr ⊥ Er: bay theo đường parabol lệch phía ngược chiều Er
D Tất
9 Đặt lưỡng cực điện có moment lưỡng cực Pre vào điện trường Er, sẽ:
A Bị xoay theo Ercho đến Pre Er trùng Pre đứng yên, Er = const B Bị xoay theo chiều ngược chiều Ercho đến Pre Ertrùng nhau, Er = const C Bị xoay theo chiều Ercho đến Pre Ertrùng nhau, Er ≠ const
D Bị xoay theo chiều Er kéoPre phía Er mạnh, Er ≠ const
10 Đặt lưỡng cực điện có moment lưỡng cực Pre vào điện trường Er khơng đều, sẽ: A Bị xoay theo Ercho đến Pre Er trùng Pre đứng yên
B Bị xoay theo chiều ngược chiều Ercho đến Pre Ertrùng C Bị xoay theo chiều Ercho đến Pre Ertrùng
D Bị xoay theo chiều Er kéoPre phía Er mạnh
11 Khi điện tích q di chuyển điện trường từ điểm A WA = 2,5J đến điểm B lực sinh cơng AAB = 2,5J Thế tĩnh điện q B :
A WB = -2,5J B WB = -0,5J C WB = 5J D WB = 0J 12 Một electron bay điện trường Hiệu điện điểm đầu điểm cuối quãng đường electron 100V Công lực điện bằng:
A A = 6,4.10-19J B A = - 1,6.10-19J C A = 100eV D A = - 100eV
13 Một electron bay từ âm đến dương tụ điện phẳng lực điện sinh cơng A = 6,4.10-18J Chọn gốc tĩnh điện electron sát âm tụ Thế
electron sát dương tụ điện bằng:
A W = J B W = 6,4 10-18 J C W = -6,410-18J D W = 6,4.10-2J
14 Đặt điện tích q vào hai mặt cầu bán kính R1 = 2R2 Trị số thông lượng điện trường gởi qua hai mặt cầu Ф1 Ф2 Vậy:
A Ф1 = 8Ф2 B Ф1 = 4Ф2 C 8Ф1 = Ф2 D Ф1 = Ф2
15 Lần lượt đặt điện tích Q1 , Q2 (với Q1 = 2Q2 ) vào mặt cầu Trị số thông lượng điện trường gởi qua mặt cầu Ф1 Ф2 Vậy:
A Ф1 = 8Ф2 B Ф1 = 2Ф2 C Ф1 = Ф2 D 8Ф1 = Ф2 16 Chọn đáp án sai đường sức điện trường:
A Nơi đường sức thưa điện trường yếu
(2)(3)23 KQHT 2: Giải thích tượng điện hưởng (cảm ứng điện), tượng phân cực chất điện môi
VẬT DẪN VÀ CHẤT ĐIỆN MÔI 2.1 VẬT DẪN TRONG ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2.1.1 Điều kiện cân tĩnh điện
Ta biết: vật dẫn vật có hạt mang địên tự do, hạt mang điện chuyển động tồn thể tích vật dẫn
Trạng thái cân tình điện trạng thái điện tích đứng yên vật dẫn
Như vậy, điều kiện cân tĩnh điện vật dẫn mang điện là:
- Vectơ cường độ điện trường điểm bên vật dẫn phải không:
= tr
Er
- Thành phần tiếp tuyến Et vectơ cường đọ điện trường điểm mặt vật dẫn phải không Nói cách khác, điểm vật dẫn, vectơ cường độ điện trường phải vng góc với mặt vật dẫn: Et =
Thực vậy, Etr ≠0
r
Et ≠ hạt mang điện tự bên mặt vật dẫn chuyển dời có hướng, trái với điều khiện cân
2.1.2.Tính chất vật dẫn mang điện a Vật dẫn vật đẳng thể
Chứng minh: Xét hai điểm M, N vật dẫn: Hiệu điện hai điểm M, N xác định:
∫ ∫ = = − N M N M N
M V Ed E d
V r rl l l
(El hình chiếu E trên dl)
Theo điều kiện cân tĩnh điện: = ts Er = −
⇒VM VN Điện điểm bên vật dẫn dều
Người ta chứng minh được, tính chất liên tục điện nên điện điểm, sát mặt vật dẫn điện điểm vật dẫn Nói cách khác: Vật dẫn cân tĩnh điện vật đẳng
b Điện tích tập trung mặt ngồi vật dẫn
Chứnh minh: Giả sử ta truyền cho vật dẫn địên tích q Vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện, ta chứng minh điện tích q phân bố bên bề mặt vật dẫn; bên vật dẫn điện tích khơng ( điện tích âm điện tích dương trung hồ lẫn nhau)
Thực vậy, ta tưởng tượng lấy mặt kín
Theo định lý O-G, thông lượng điện trường gởi qua mặt kín tổng đại số điện tích chứa mặt kín chia cho εεo lần
Bên vật dẫn Er =0 nên:∑=
= n i i q
Vì mặt kín (S) chọn nên ta kết luận: Tổng đại số điện tích bên vật dẫn không Nếu ta truyền cho vật dẫn điện tích q điện tích chuyển bề mặt vật dẫn phân bố bề mặt vật dẫn
Vì lí trên, ta khoét rỗng vật dẫn đặt phân bố điện tích, mặt vật dẫn khơng bị thay đổi, nghĩa là:
(4)- Đối với vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện, điện trường phần rỗng thành vật dẫn luôn không
- Nếu ta đem cầu kim loại mang điện tiếp xúc với mặt vật dẫn rỗng điện tích cầu mang điện truyền hết mặt vật dẫn rỗng
c Lý thuyết thực nghiệm chứng tỏ phân bố điện tích mặt vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng vật dẫn
Vì lí đối xứng, mặt vật dẫn có dạng: mặt cầu, mặt phẳng vơ hạn, mặt trụ dài vơ hạn…điện tích phân bố đèu đặng Đối với vật dẫn có dạng khác, điện tích phân bố khơng Nơi cong (lồi) điện tích tập trung nhiều, mật độ điện tích lớn, đặt biệt mũi nhọn vật dẫn điện tích tập trung nhiều Vì vậy, vùng lân cận mũi nhọn điện trường mạnh tạo hiệu ứng mũi nhọn
2.2 HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG 2.2.1.Hiện tượng điện hưởng
Khi vật dẫn BC điện trường E0
r
, điện trường E0
r
đầu kim loại dương gây ra, tác dụng lực điện trường electron
vật dẫn chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường Kết mặt giứi hạn B, C vật xuất điện tích trái dấu Các điện tích gọi điện tích cảm ứng Các điện tích cảm ứng gây bên vật dẫn điện trường phụ '
Er ngày lớn ngược với điện trường
0
Er làm cho điện trường tổng hợp yếu dần ( ')
0 E
E
Erth = r + r
Các electron tự vật dẫn ngừng chuyển dời có hướng cường độ điện tổng hợp bên vật dẫn không đường sức điện trường ngồi vng góc với mặt vật dẫn, nghĩa điều kiện cân tĩnh điện thực
hiện
Khi điện tích cảm ứng có độ lớn xác định Điện tích cảm ứng âm ( Do thừa ē B) điện tích cảm ứng dương ( Do ē C ) có độ lớn
Hiện tượng điện tích cảm ứng xuất vật dẫn (lúc đầu không mang điện) đặt điện trường gọi tượng điện hưởng
2.2.2 Điện hưởng phần điện hưởng toàn phần - Trường hợp điện hưởng mà độ lớn độ lớn điện tích cảm ứng nhỏ độ lớn điện tích vật mang điện gọi tượng điện hưởng phần (q’<q)
- Trường hợp điện hưởng mà độ lớn độ lớn điện tích cảm ứng độ lớn điện tích vật mang điện gọi tượng điện hưởng toàn phần (q’=q)
2.3 SỰ PHÂN CỰC VÀ CHẤT ĐIỆN MÔI 2.3.1 Hiện tượng phân cực chất điện môi
Là tượng đặt điện mơi vào điện trường hai đầu xuất điện tích trái dấu
2.3.2 Giải thích tượng:
(5)25 a Phân tử phân cực phân tử không phân cực:
Như biết phân tử (hay nguyên tử) gồm hạt mang điện tích dương electron mang điện tích âm Trong phạm vi nguên tử hay phân tử electron chuyển động với vận tốc lớn làm cho vị trí chúng so với hạt nhân thay đổi liên tục Vì thế, xét tương tác electron với điện tích bên ngồi, ta coi cách gần electron đứng yên điểm đó, điểm xác định vị trí trung bình electron theo thời gian
Đối với khoảng cách lớn so với kích thước phân tử ta coi tác dụng electron phân tử tương đương với tác dụng điện tích tổng cộng –q chúng đặt điểm Điểm gọi “Trọng tâm” điện tích âm
Tương tự vậy, ta coi tác dụng hạt nhân tương đương với tác dụng điện tích tổng cộng +q chúng, đặt “Trọng tâm” điện tích dương
Tùy theo phân bố electron xung quanh hạt nhân mà người ta phân biệt hai loại điện môi: Phân tử không phân cực phân tử phân cực
Phân tử không phân cực loại phân tử có phân bố electron đối xứng xung quanh hạt nhân Vì chưa đặt vào điện trường trọng tâm điện tích dương điện tích âm trùng nhau, phân tử khơng phải lưỡng cực điện, momen điện không (phân tử H2, N2, CCl4, …)
Khi đặt phân tử khơng phân cực điện trường ngồi, điện tích dương âm phân tử bị điện trường tác dụng dịch chuyển ngược chiều nhau: Điện tích dương theo chiều điện trường, điện tích âm ngược chiều điện trường; phân tử trở thành lưỡng cực điện có momen điện
Phân tử phân cực loại phân tử có phân bố electron khơng đối xứng xung quanh hạt nhân Vì thế, chưa đặt điện trường trọng tâm điện tích dương âm phân tử khơng trùng nhau, chúng nằm cách đoạn l:
Phân tử lưỡng cực điện có momen điện Pre khác khơng Khi
đặt điện trường ngồi, phân tử phân cực quay cho momen điện Precủa có hướng theo điện trường ngồi Điện trường ngồi khơng có ảnh hưởng đến độ lớn momen điện Pre Vì điện trường phân tử phân cực lưỡng cực (“cứng”)
(Một chất điện mơi có phân tử thuộc loại này: H2O, NH3, HCl, CHCl, …) b Giải thích tượng:
Ta biết, đặt điện môi điện trường ngồi, mặt chất điện mơi có xuất điện tích Ta giải thích tượng này:
Trường hợp điện môi cấu tạo phân tử phân cực: Xét khối điện môi chứa số lớn phân tử
Khi chưa đặt điện mơi điện trường ngồi, chuyển động nhiệt lưỡng cực phân tử khối điện môi xếp hồn tồn hỗn loạn theo phương; điện tích trái dấu lưỡng cực phân tử trung hoà nhau, tổng momen điện lưỡng cực phân tử khơng: Tồn khối điện mơi chưa tích điện
Khi đặt điện mơi điện trường ngồi E0
r
, lưỡng cực
phân tử điện mơi có xu hương quay cho momen điện chúng hướng theo điện trường Tuy nhiên chuyển động nhiệt, hướng momen điện nằm song song với E0
r
được, mà bị “ tung ra” hai phía so với phương điện trường Như vậy, tác dụng đồng thời điện trường chuyểng động nhiệt, momen điện Pe
r
(6)Bài đọc thêm: HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN
Hiện tượng áp điện (tiếng Anh piezoelectric phenomena) tượng nhà khoáng vật học người Pháp đề cập vào năm 1817, sau anh em nhà Pierre Jacques Curie chứng minh nghiên cứu thêm vào năm 1880 Hiện tượng xảy sau: người ta tìm loại chất có tính chất hóa học gần giống gốm (ceramic) có hai hiệu ứng thuận nghịch áp vào trường điện biến đổi hình dạng ngược lại dùng lực học tác động vào tạo dịng điện Nó máy biến đổi trực tiếp từ lượng điện sang lượng học ngược lại
Ứng dụng
Ngày tượng áp điện ứng dụng rộng rãi kỹ thuật phục vụ cho sống hàng ngày như: máy bật lửa, cảm biến, máy siêu âm, điều khiển góc quay nhỏ gương phản xạ tia lade, thiết bị, động có kích thước nhỏ, người ta phát triển nhiều chương trình nghiên cứu máy bay bay đập cánh côn trùng, nhân tạo, cánh máy đổi hình dạng, phịng triệt tiêu âm thanh, cấu trúc thông minh, hầu hết máy in ứng dụng quan trọng kỹ thuật dùng làm động piezo
Cho đến người ta tìm loại vật liệu piezo dạng cục (như gốm) ceramic mỏng film
Các phương pháp số dùng để tính tốn cho loại vật liệu nghiên cứu khắp nơi giới
• Câu hỏi & Bài tập 1.Điều kiện cân tĩnh điện vật dẫn mang điện? 2.Các tính chất vậtdẫn mang diện?
3.Một tụ điện nối với acquy Tại tụ nhận điện tích có độ lớn nhau?
4.Có thể có hiệu điện hai vật dẫn kề mang lượng điện tích dương khơng?
5.Hãy nêu giống khác khi: điện môi chất dẫn điện đưa vào hai tụ điện phẳng Giả sử độ dày nửa khoảng cách hai tụ điện?
6.Hai tụ điện phẳng cách 1,00mm Nếu điện dung tụ 1,00F điện tích tụ bao nhiêu?
7.Các vật dẫn hình trụ dây cáp đồng trục, dùng để truyền tín hiệu ti vi, có kích thước a = 0,15mm b = 2,1mm Hỏi điện dung đơn vị chiều dàicủa dây cáp đó?
8.Một tụ nhỏ chip nhớ RAM có điện dung 55.10-3pF tụ nạp đến điện 5,3V có electron dư âm tụ?
9 Một tụ điện phẳng có diện tích 115cm2, khoảng cách hai tụ 1,24cm Mắc hai tụ vào acquy có điện 85,5V Sau ngắt quay lấp vào khoảng hai tụ điện mơi có bề dầy, số 2,61 Tìm:
a/ Điện dung tụ trước lấp đầy điện môi ? b/ Điện tích tự xuất tụ ?
c/ Điện trường tụ điện điện trường bên khối điện môi? Câu hỏi trắc nghiệm:
(7)30 B Ở mặt cầu cao su bị nhiễm điện
C Ở gần mặt cầu thép bị nhiễm điện
D Ở mặt cầu thép bị nhiễm điện Đặt thỏi thép vào điện trường :
A Ở lỏi thép : Er= B Điện lỏi cao ngồi bề mặt ngồi
C Điện tích phân bố khắp thể tích D Tất Đặt hộp rỗng nhôm vào điện trường :
A Điện trường hộp (phần khơng khí) mạnh vỏ (phần nhơm) B Điện trường hộp (phần khơng khí) thấp vỏ (phần nhơm)
C Điện tích phân bố mặt vỏ hộp D Tất
4 Chọn câu sai: Đưa vật A mang điện dương tới gần cầu kim loại nhỏ treo sợi dây tơ, cầu bị vật A hút Có thể kết luận rằng:
A Vật A gây tượng điện hưởng cầu kim loại, làm cho mặt cầu phía gần vật A có điện tích âm điện tích âm hút điện tích dương vật A
B Quả cầu trước khơng mang điện Khi xảy tượng cảm ứng điện từ C Quả cầu trước mang điện âm, nhỏ so với điện tích vật A D Tất sai
5 Tích điện cho tụ điện phẳng, ngắt khỏi nguồn Nhúng ngập hẳn vào điện mơi lỏng thì: A Điện tích tụ tăng, hiệu điện hai tụ giảm
B Điện tích tụ giảm, hiệu điện hai tụ tăng
C Điện tích tụ khơng đổi, hiệu điện hai tụ giảm D Cường độ điện trường hai tụ không đổi
6 Hai tụ nạp điện trị số điện tích thì: A Hai tụ có điện dung
B Hai tụ có hiệu điện hai tụ chúng C Tụ điện có điện dung lớn hiệu điện lớn
D Tụ có điện dung lớn hiệu điện nhỏ
7 Gọi C1, C2 điện dung hai tụ điện cho biết C1> C2 Nếu:
A Mắc song song hai tụ vào nguồn có hiệu điện U điện tích Q1 = Q2 B Mắc nối tiếp hai tụ vào nguồn có hiệu điện U điện tích Q1 > Q2
C Mắc nối tiếp hai tụ vào nguồn có hiệu điện U hiệu điện U1 < U2 D A, B, C
tiếng Anh người Pháp c anh em nhà Pierre v Jacques Curie ch gốm ( o dòng điện N lượng điện sang cơ học ng ng rãi kỹ thuật ph cảm biến, m lade, thi động cơ máy bay ba động piezo