Tụ điện là hệ hai vật dẫn đặt gần nhau nhưng không tiếp xúc với nhau (có điện môi ngăn cách).. Hai vật dẫn là hai bản của tụ điện2[r]
(1)Chương I: ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG A ĐIỆN TÍCH
I ĐIỆN TÍCH - TƯƠNG TÁC ĐIỆN
- Khi cọ xát hai vật thích hợp chỗ bị cọ xát hút vật nhẹ Ta nói vật này: bị nhiễm điện; tích điện; có chứa điện tích
- Có hai loại điện tích:
* điện tích dương (+) (xuất thuỷ tinh cọ xát với lụa) * điện tích âm (-) (xuất nhựa cọ xát với da thú) - Thực nghiệm cho thấy
Các điện tích : loại (cùng dấu) ĐẨY NHAU; khác loại (khác dấu) HÚT NHAU - Đơn vị điện tích: Cu-lơng (coulomb), kí hiệu C
Điện tích êlectron điện tích âm có giá trị nhỏ Độ lớn là: e = 1,602.10-19C (điện tích nguyên tố) Mọi điện tích tạo ln có độ lớn N.e (một số nguyên lần e)
II SỰ NHIỄM ĐIỆN.
Ba cách làm nhiễm điện: cọ xát; tiếp xúc; hưởng ứng
III ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG
Lực tương tác hai điện tích điểm ql q2 (nằm yên, đặt chân khơng) cách đoạn r có: phương đường thẳng nối hai điện tích
chiều là: chiều lực đẩy qlq2 > (cùng đầu) chiều lực hút qlq2 < (trái dấu)
độ lớn: * tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích, * tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng
0
1 1 2
12 21
2 (F=F =F ; k 9.10 Nm /C )
q q
F k
r
(0 = 8,85.10-12 C2/Nm2: Hằng số điện)
Ghi Chú:
a) Điện tích điểm : kích thước vật chứa điện tích nhỏ so với khoảng cách chúng
b) Nếu điện tích điểm đặt nằm n mơi trường điện mơi đồng tính, vơ hạn lực tương tác tĩnh điện (lực Cu-lơng) giảm lần so với đặt chân không
1 2
q q
F k
r
(: điện môi)
IV THUYẾT ÊLECTRON. 1 Cấu tạo nguyên tử:
- Mọi nguyên tử gồm có:
hạt nhân trung tâm mang điện dương, tạo bởi: * prơtơn có điện tích +e
* nơtron không mang điện
êlectron mang điện âm chuyển động chung quanh - Số prôtôn số êlectron nên bình thường ngun tử trung hồ điện
Nguyên tử èlectron trở thành Iôn dương Nguyên tử nhận êlectron trở thành Iôn âm
- Vì khối lượng nhỏ nên êlectron linh động bứt khỏi nguyên tử, di chuyển từ vật sang vật khác gây nhiễm điện Vật thừa êlectron bị nhiễm điệm âm
Vật thiếu êlectron bị nhiễm điệm dương
2 Thuyết êlectron
Thuyết êlectron dựa vào tồn chuyển động êlectron để giải thích tượng điện, tính chất điện a) Vật (chất) dẫn điện - Vật (chất) cách điện:
Vật (chất) dẫn điện có chứa điện tích tự Vật (chất) cách điện không chứa điện tích tự b) Nhiễm điện cọ xát:
Ờ điểm tiếp xúc cọ xát êlectron di chuyển từ vật sang vật khác (thí dụ từ thuỷ tinh sang lụa) c) Nhiễm điện tiếp xúc:
Các êlectron di chuyển từ vật sang vật để san sẻ thiếu hay thừa êlectron d) Nhiễm điện hưởng ứng:
Các êlectron vật dẫn bị đẩy hay hút đầu, gây phân bố lại điện tích
3 Định luật bảo tồn điện tích
Trong hệ lập điên, tổng đại số điện tích không đổi.
q
= số
B ĐIỆN TRƯỜNG I ĐIỆN TRƯỜNG
1 Khái niệm: Xung quanh điện tích có điện trường Các điện tích tương tác điện tích nằm điện trường điện tích
(2)II VECTƠ ĐIỆN TRƯƠNG
- Tác dụng lực điện trường điểm đặc trưng vectơ E
gọi là: vectơ điện trường xác định:
F E
q
q : điện tích thử; F
: lực điện tác dụng lên điện tích thử - Ngược lại E
biết, xác định lực điện F
bởi: F q E
; q > : F
và E
hướng; q < :F
E
ngược hướng - Độ lớn vectơ điện trường có đơn vị V/m (đọc Vôn/mét)
Ghi chú: E
gọi vectơ cường độ điện trường hay đơn giản điện trường
III ĐIỆN TRUỞNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM Vectơ điện trườngEM
tại điểm M chân khơng (hay khơng khí) tạo điện tích điểm Q đặt O cách M khoảng r có: * Phương đường thẳng OM
* chiều: - hướng xa điện tích Q > - hướng điện tích Q < * độ lớn: tính theo cơng thức:
2
Q
E k
r
(V/m)
Chú ý: Trong môi trường điện môi:
Q E k
r
(: điện mơi)
IV NGUN LÍ CHỒNG CHẤT ĐIỆN TRƯƠNG
Nếu điểm có nhiều điện trường E E E1, 2, 3
nhiều điện tích điểm ql, q2… tạo điện trường tổng hợp E
của hệ điện tích xác định bởi: E E E2 E3
Kết áp dụng cho điện tích phân bố coi nhiều điện tích điểm tạo nên
V ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN.
1 Định nghĩa: Đó đường có hướng vẽ điện trường cho hướng tiếp tuyến điểm đường trùng với hướng vectơ điện trường điểm
Hệ đường sức điện cho ta biết bố trí vectơ điện trường khơng gian
2 Điện phổ
- Có thể biểu đường sức điện nhờ xếp hạt nhỏ cách điện đặt điện trường Lực điện tác dụng vào hạt giữ liên kết hạt theo đoạn đường sức điện
- Hệ đường hạt cách điện hình thành gọi điện phổ cho phép ta suy dạng đường sức điện
3 Tính chất đường sức điện
Các đường sức điện hiển thị xếp vectơ điện trường không gian Đặc điểm đường sức điện:
- Qua điểm điện trường có đường sức điện
- Ta quy ước định chiều cho đường sức điện theo chiếu vectơ E
- Các đường sức điện khơng khép kín, xuất phát từ điện tích (+) đến điện tích (-) - Nơi đường sức điện thưa: điện trường yếu; Nơi đường sức điện dày (sát nhau): điện trường mạnh
- Điện trường (E
=kh ng ôi ôđ
) có đường sức song song cách
(3)VI CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG, ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ: 1 Công lực điện tường:
- Công lực điện tác dụng lên điện tích khơng phụ thuộc vào dạng đường điện tích mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối đường điện trường
MN M N
A W W (W (J): điểm xét điện trường) - Thế điểm điện trường hai điện tích điểm:
.
M
M
Q
W q k
r
(J) (rM: khoảng cách từ Q đến M)
2 Điện hiệu điện thế.
- Điện điểm điện trường:
AM: công lực điện trường làm di chuyển q từ M xa )
VM = M
A q
(V) q: độ lớn điện tích di chuyển.(C). VM: điện điểm M (V); (V = 0)
- Điện điểm điện tích Q gây ra:
M M
Q
V k
r
(V) (VM: có giá trị âm (-), dương (+) phụ thuộc dấu Q).
Do đó: Thế điện tích q đặt điện trường điện tích Q là:
. .
M M
M
Q
W q k qV
r
- Sự chồng chất điện thế:
1
V V V V V
- Hiệu điện hai điểm điện trường:
MN MN M N
A
U V V
q
(V) (AMN: công lực điện trường làm q di chuyển từ M đến N)
Hay: AMN = q.UMN (Nếu: UMN = 1V; q = e AMN = 1eV (electron vơn) = 1,6.10-19J)
3 Liện hệ cường độ điện trường hiệu điện thế:
Công thức liên hệ cường độ điện trường hiệu điện điện trường đều:
MN
U E
d
(V/m) Vậy : AMN = q.UMN = q.E.d
Với d = MN’: hình chiếu M, N lên phương đường sức bất kỳ. VII VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG TỤ ĐIỆN.
A Vật dẫn điện môi điện trường: 1 Vật dẫn trạng thái cân điện:
Vật vật có hạt mang điện tự Thơng thường kim loại hay hợp kim có electron tự do.
Vật dẫn trạng thái cân điện hạt mang điện khơng chuyển động thành dịng
2 Tính chất
Điện trường bên vật dẫn không
Ở sát bề mặt vật dẫn vectơ điện trường có phương vng góc với bề mặt Điện điểm vật dẫn (vật dẫn vật đẳng thế) Ờ vật dẫn nhiễm điện, điện tích phân bố mặt ngồi:
+ điện tích tập trung nhiều (mật độ điện lớn) chỗ lồi mũi nhọn.
+ điện tích tập trung (mật độ điện nhỏ) khơng có chỗ phẳng hay lõm vào.
E
d M
N
(4)3 Điện môi điện trường:
Các phân tử điện mơi bị phân cực.
Mặt ngồi điện mơi bị nhiễm điện trái dấu (điện tích liên kết) tạo điện trường phụ Ep
ngược chiều.
Bên điện môi: Etrong E Ep (Etrong E)
B TỤ ĐIỆN
1 Tụ điện – Tụ điện phẳng a Định nghĩa tụ điện:
Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần không tiếp xúc với (có điện mơi ngăn cách) Hai vật dẫn hai tụ điện.
b Tụ điệnphẳng:
Tụ điện đơn giản tụ điện phẳng gồm hai kim loại đặt gần nhau, song song, đối diện.
Nối hai tụ điện với hai cực nguồn điện, mang các điện tích trái dấu, độ lớn Ta nói tụ điện tích điện (hay nạp điện) Độ lớn điện tích gọi điện tích tụ. Ngược lại nối hai tụ điện tích điện dây dẫn, có một
dịng điện chạy qua dây trung hồ hai Ta nói tụ điện phóng điện.
2 Điện dung tụ điện: a Định nghĩa
Điện dung tụ điện đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện tính bởi:
Q C
U
(Q : điện tích tụ (C); U : hiệu điện hai (V))
Nếu có giá trị C, tính điện tích tụ theo cơng thức: Q = C.U
b Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị điện dung fara (F). 1
1 1
C F
V
F điện dung lớn Ta thường dùng ước số F * micrôfara (F) : 1F= 10-6F
* nanôfara (nF) : 1nF = 10-9F
* picôfara (pF) : 1pF = 10-12F
c Điện dung tụ điện phẳng
Điện dung tụ điện phẳng tính theo công thức :
S : diện tích đối diện hai (m2)
0
( )
4
S S
C F
d kd
d : khoảng cách (đều) hai (m) : số điện mơi (khơng khí : = 1).
12 2
1
8,85.10 /
4 k C Nm
3 Ghép tụ điện:
a Ghép song song
* Ul = U2 = … = Un = Unguồn
* Qb = Ql + Q2 + … + Qn
* Cb = Cl+ C 2 + … + Cn
b Ghép nối tiếp
* Ul+ U2+ …+ Un = Unguồn
* Qb = Ql = Q2 = …= Qn
*
1 1 1 1
b n
C C C C ( Chỉ tụ:
1 12
1
. C C C
C C
(5)4 Năng lượng tụ điện (năng lượng điện truờng)
Tụ điện tích điện có lượng Năng lượng đo công thực để đưa điện tích tới hai bản.
Cơng thức tính lượng W tụ điện sau:
2
2
1 1 1
2 2 2
Q
W CU QU
C
(J) Với tụ điện phẳng:
Ta có:
0
4
S S
C
d kd
; U = E.d nên:
2
8 E
W V
k
(V = S.d: thể tích tụ điện)
Ta suy biểu thức lượng điện trường tính cho đơn vị thể tích điện mơi :
2
8
W E
V k
(J/m3)
5 Các loại tụ điện – Công dụng:
- Ta thường gọi tụ điện theo vật liệu làm điện mơi. Ví dụ : tụ khơng khí; tụ mica ; tụ giấy; tụ sứ ; .
Đặc biệt tụ khơng khí có bán nguyệt xoay chung quanh trục để thay đổi diện tích đối diện (nhờ thay đổi điện dung) gọi tụ xoay, dùng thiết bị thu sóng vơ tuyến.
- Tụ điện có nhiều cơng dụng :
tạo điện trường (tụ phẳng). dùng phận thu sóng điện từ.
dùng điện xoay chiều (tăng hệ số cos(). dùng phận vi tính (bàn phím, nhớ, ). dùng thiết bị y khoa (tạo xung điện để kích