Bài giảng vật lý 1 chương 6 nguyễn xuân thấu

CHƯƠNG VẬT DẪN Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2017 NỘI DUNG I Vật dẫn cân tĩnh điện II Hiện tượng điện hưởng III Điện dung vật dẫn cô lập IV Hệ vật dẫn cân bằng, Tụ điện V Năng lượng điện trường I VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN Khái niệm vật dẫn, vật dẫn cân tĩnh điện: Vật dẫn vật có hạt mang điện tự Các hạt chuyển động khắp điểm vật dẫn Trong phạm vi hẹp, vật dẫn vật kim loại Khi tích điện cho vật dẫn đặt vật dẫn điện trường tĩnh, điện tích dịch chuyển vật dẫn nhanh chóng đạt đến trạng thái ổn định, khơng chuyển động có hướng – ta nói vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện I VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2.Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện: - Trong lịng vật dẫn khơng có điện trường (Etrong = 0) - Toàn vật dẫn khối đẳng  E - Mặt vật dẫn, vectơ cường độ điện trường ln vng góc với bề mặt vật dẫn - Nếu vật dẫn tích điện điện tích phân bố mặt ngồi vật dẫn tập trung mũi nhọn Hệ quả: vật dẫn rỗng trạng thái cân tĩnh điện phần rỗng thành vật khơng có điện trường điện tích I VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN Hiệu ứng mũi nhọn: - Sự phân bố điện tích mặt vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng bề mặt vật dẫn Những vật dẫn có dạng mặt cầu, mặt trụ dài vơ hạn, mặt phẳng rộng vơ hạn điện tích phân bố - Những vật dẫn có hình dạng điện tích tập trung nhiều chỗ lồi Tại mũi nhọn, mật độ điện tích lớn, tạo nên điện trường mạnh gây gió điện Hiện tượng mũi nhọn bị dần điện tích tạo thành gió điện gọi hiệu ứng mũi nhọn II HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG - Hiện tượng xuất điện tích cảm ứng vật dẫn đặt vật dẫn điện trường gọi tượng điện hưởng (hay hưởng ứng điện) Điện hưởng toàn phần Mọi đường sức A tới B Độ lớn điện tích cảm ứng ln với độ lớn điện tích vật mang điện III ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CÔ LẬP Một vật dẫn gọi cô lập điện gần khơng có vật khác gây ảnh hưởng đến phân bố điện tích bề mặt Điện dung vật dẫn lập đại lượng đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn điện định, có giá trị điện tích mà vật dẫn tích điện đơn vị điện Q C V F (micrô fara) = 10 – F nF (nanô fara) = 10 – F 1pF (picô fara) = 10 – 12 F Đơn vị đo điện dung F (fara) III ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CƠ LẬP Tính điện dung vật dẫn hình cầu, lâp điện M Tích điện Q cho cầu điện M bên cầu là: r V R kQ r Suy ra, điện dung cầu là: Q R C  V k Quả cầu có điện dung 1F phải có bán kính 9.109m! IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Hệ số điện dung – Hệ số điện hưởng: Xét vật dẫn có điện tích tương ứng q1, q2, q3 q1  C11V1  C12 V2  C13V3 q  C21V1  C22 V2  C23V3 q  C31V1  C32 V2  C33V3  C 11 C 12 Ma trận: C ij   C 21 C 22   C 31 C 32 C 13  C 23   C 33  Ma trận điện dung Hệ số Cii gọi hệ số điện dung Hệ số Cij = Cji (i  j) gọi hệ số điện hưởng IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Tụ điện Hệ hai vật dẫn đặt gần cho chúng xảy tưởng điện hưởng toàn phần Hai vật dẫn gọi hai (hay hai cốt) tụ điện 10 - Tính chất tụ điện: + Tổng đại số điện tích hai tụ không  (S )   D dS  q  q   q  q  IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Tụ điện - Tính chất tụ điện: + Hệ số điện dung: q  C 11 V1  C 12 V  C (V1  V ) q  C 21 V1  C 22 V   C (V1  V ) 11 Với C11=C22 = C; C12=C21 =- C ; C điện dung tụ điện q1= - q2 = -Q >0 ; Q điện tích tụ điện U = V1 - V2 hiệu điện hai tụ điện IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Điện dung tụ điện: Là đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện định, đo thương số điện tích tụ điện với hiệu điện hai tụ Q C U Tụ phẳng Tụ cầu 0S C d 40 R1R C R  R1 Tụ Trụ 12 2 h C R2 ln( ) R1 IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Điện dung tụ điện: Chứng minh cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng ++++++++ d Ta biết , hiệu điện gữa tụ điện là: - 13 + d Qd U  VM  VN  Ed   0  0S d M - x Vậy điện dung tụ điện phẳng là: Q  0S C  U d IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Điện dung tụ điện: Chứng minh cơng thức tính điện dung tụ điện trụ Ta biết, điện điểm M tụ điện là: 2kQ R ln h r Suy ra, hiệu điện tụ điện là: VM  14 U  V  V  2kQ R ln h R1 h 20 h Vây điện dung tụ điện trụ là: C  Q   R U 2k.ln R ln R1 R1 IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Điện dung tụ điện: Chứng minh công thức tính điện dung tụ điện cầu Ta biết, điện điểm M tụ điện là: VM  15 kQ kQ 1   kQ(  ) r R2 r R2 Suy ra, hiệu điện tụ điện là: 1 R  R1 U  V  V  kQ(  )  kQ R1 R R 1R Vậy điện dung tụ điện cầu là: Q R 1R 40 R1R C   U k(R  R1 ) R  R1 V NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG Năng lượng tụ điện: a Năng lượng tương tác hệ điện tích điểm: Xét hệ điện tích q1 q2 tương tác q1q q1q q1q q1q Wk    r 40 r 40 r12 40 r21 16 (vì r12 = r21 =r)   q1V1  q V2  Tổng qt: với n điện tích điểm tương tác W q V i i i V NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG Năng lượng tụ điện: b Năng lượng vật dẫn cô lập: Chia vật dẫn thành điện tích điểm dq, lượng vật là: W 17  vËt 1 Q2 Vdq  V dq  QV  CV  2 2V  vËt c Năng lượng tụ điện: Tụ điện hệ hai vật dẫn có điện tích trái dấu, lượng tụ điện 1 Q2 W   q1V1  q V2   Q(V1  V2 )  QU   CU 2 2 2C V NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG Năng lượng điện trường: Xét lượng tụ điện phẳng: W 18 1 1 QU  ( o ES).(Ed)   o E 2Sd  o E V 2 2 Năng lượng tụ điện định xứ vùng không gian có điện trường Vậy nơi có điện trường nơi có lượng Điện trường có mang lượng – chứng chứng tỏ điện trường dạng vật chất 1 Đặt: E   o E  DE mật độ lượng điện trường 2 Thì lượng điện trường thể tích V là: W  E V Tổng quát: W   dV E (V) Phần tập: Các tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập (Sách BTVLĐC tập 2): 2.1, 2.2, 2.8, 2.9, 2.11 19 20 HẾT ... hưởng: Xét vật dẫn có điện tích tương ứng q1, q2, q3 q1  C11V1  C12 V2  C13V3 q  C21V1  C22 V2  C23V3 q  C31V1  C32 V2  C33V3  C 11 C 12 Ma trận: C ij   C 21 C 22   C 31 C 32 C 13 ... q  IV HỆ VẬT DẪN CÂN BẰNG, TỤ ĐIỆN Tụ điện - Tính chất tụ điện: + Hệ số điện dung: q  C 11 V1  C 12 V  C (V1  V ) q  C 21 V1  C 22 V   C (V1  V ) 11 Với C 11= C22 = C; C12=C 21 =- C ; C... tương tác hệ điện tích điểm: Xét hệ điện tích q1 q2 tương tác q1q q1q q1q q1q Wk    r 40 r 40 r12 40 r 21 16 (vì r12 = r 21 =r)   q1V1  q V2  Tổng qt: với n điện tích điểm tương