Phan tich chuong Dien tich dien truong

Nhiệm vụ của chương điện tích điện trường là nghiên cứu sự tương tác giữa các điện tích và khảo sát các đặc trưng cơ bản của điện trường thông qua việc nghiên cứu điện trường của điện t[r]

MỤC LỤC

A.MỞ ĐẦU

B.NỘI DUNG

1 Cấu trúc chương “Điện tích.Điện trường”

2.Chuẩn kiến thức, kỹ chương “Điện tích Điện trường”

3.Nhiệm vụ vị trí chương “Điện tích.Điện trường”

4 Phân tích nội dung đề tài chương “Điện tích Điện trường”

4.1.Điện tích-Định luật Coulomb

4.1.1.Điện tích

4.1.2.Định luật Coulomb

4.2.Thuyết Electron Định luật bảo tồn điện tích

4.2.1.Thuyết Electron

4.2.2.Định luật bảo tồn điện tích 11

4.3.Điện trường 11

4.4.Công lực điện Hiệu điện 14

4.5.Vật dẫn điện môi điện trường 16

4.6.Tụ điện-Năng lượng điện trường 17

5 Ứng dụng kỹ thuật 19

5 1.Ứng dụng tượng nhiễm điện điện tích điện trường 19

5.2 Ứng dụng vật dẫn điện trường 20

5.3 Ứng dụng tụ điện kỹ thuật y tế 21

C.KẾT LUẬN 22

A.MỞ ĐẦU

- 

-Lần Bộ GD&ĐT có chương trình chuẩn kiến thức, chuẩn kĩ áp dụng cho tất môn học cấp học phạm vi toàn quốc Đây thay đổi trình đổi giáo dục Việt Nam Mặc dù SGK tài liệu chuẩn kiến thức, kĩ đưa vào giảng dạy lâu năm 2010 Bộ GD phát động mạnh mẽ việc dạy học theo chuẩn kiến thức chuẩn kĩ bậc THPT Do đó, việc nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thơng theo chuẩn kiến thức chuẩn kỹ việc làm cần thiết học viên cao học chuyên ngành LL&PPDHVL

Việc SGK vật lý phổ thông đưa vào sử dụng đại trà tạo điều kiện cho việc áp dụng số lưu ý phương pháp dạy học đại nhằm phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo học sinh Bên cạnh kiến thức vật lý cổ điển chương trình cịn đề cập đến số thành tựu vật lý học lĩnh vực điện tử học, vật lý lượng tử, vật lý chất rắn, vật lý hạt nhân, du hành vũ trụ…Vì vậy, việc nghiên cứu chương trình, nội dung kiến thức, phương pháp giảng dạy khái niệm, định luật, thuyết vật lý, phương pháp vật lý ứng dụng sản xuất trình bày SGK vật lý phổ thơng cần thiết

Tĩnh điện(điện tích điện trường) phần điện học nghiên cứu tương tác điều kiện cân vật (hay vật) mang điện trạng thái đứng yên hệ quy chiếu qn tính chủ yếu hình thành khái niệm điện tích, điện trường mối liên hệ điện tích với điện trường, định luật Coulomb đặc trưng trường tĩnh điện(cường độ điện trường hiệu điện thế) Cơ sở Tĩnh điện học Định luật Cu-lông

B.NỘI DUNG

-  -1 Cấu trúc chương “Điện tích.Điện trường”

2.Chuẩn kiến thức, kỹ chương “Điện tích Điện trường”

Chủ đề Mức độ cần đạt

a) Điện tích Định luật bảo tồn điện tích Lực tác dụng điện tích Thuyết êlectron

b) Điện trường Cường độ điện trường Đường sức điện

c) Điện hiệu điện

d)Vật dẫn điện môi điện trường e) Tụ điện

f) Năng lượng điện trường tụ điện

Kiến thức

- Biết cách làm nhiễm điện vật (cọ xát, tiếp xúc hưởng ứng)

- Phát biểu định luật bảo tồn điện tích

- Phát biểu định luật Cu -lông đặc điểm lực điện hai điện tích điểm

- Trình bày nội dung thuyết êlectron - Nêu điện trường tồn đâu, có tính chất - Phát biểu định nghĩa cường độ điện trường - Nêu đặc điểm đường sức điện - Nêu trường tĩnh điện trường

- Phát biểu định nghĩa hiệu điện hai điểm điện trường nêu đơn vị đo hiệu điện

- Nêu mối quan hệ cường độ điện trường hiệu điện hai điểm điện trường Nêu đơn vị đo cường độ điện trường

- Hiểu tính chất vật dẫn điện môi đặt trường tĩnh điện

- Hiểu chất tượng nhiễm điện hưởng ứng vật dẫn điện môi

- Nêu nguyên tắc cấu tạo tụ điện nhận dạng tụ điện thường dùng

- Phát biểu định nghĩa điện dung tụ điện nêu đơn vị đo điện dung Nêu ý nghĩa số ghi tụ điện

- Nêu điện trường tụ điện điện trường mang lượng Viết công thức W =

2 CU

2.

- Nêu cách mắc tụ điện thành viết cơng thức tính điện dung tương đương tụ điện

Kĩ năng

- Vận dụng thuyết êlectron để giải thích tượng nhiễm điện

- Vận dụng định luật Cu - lông để xác định lực điện tác dụng hai điện tích điểm

- Xác định cường độ điện trường (phương, chiều độ lớn) điểm điện trường gây bởi một, hai ba điện tích điểm

điểm điện trường

- Giải tập chuyển động điện tích điện trường

- Vận dụng công thức C = q

U W = 2CU

2.

- Vận dụng cơng thức tính điện dung tương đương tụ điện

- Giải thích tính chất vật dẫn điện môi đặt trường tĩnh điện

- Giải thích lực Coulomb điện trường điện môi giảm so với trường hợp chân khơng

3.Nhiệm vụ vị trí chương “Điện tích.Điện trường”

Nhiệm vụ chương điện tích điện trường nghiên cứu tương tác điện tích khảo sát đặc trưng điện trường thông qua việc nghiên cứu điện trường điện tích điểm số vật nhiễm điện có hình dạng đặc biệt ứng dụng tượng điện kỹ thuật.Việc xây dựng khái niệm điện trường với ý nghĩa môi trường truyền tương tác từ điện tích đến điện tích khác làm cho HS hiểu vai trò điện trường tương tác cách bức, khả nhận thức người giới thực

Chương“Điện tích.Điện trường” mở đầu cho phần điện học điện từ học, bao gồm kiến thức giúp cho HS hiểu bản chất vật lý chế các tượng điện mà chú ý nâng cao mức định lượng góp phần xác hóa nội dung HS học lớp Mặt khác, đề tài mà làm sở để HS hiểu dễ dàng khái niệm từ trường, điện trường xoáy, điện từ trường sau củng cố hiểu sâu khái niệm trọng trường

Mặt khác, số kiến thức phần lại xây dựng sở kiến thức học phần học lực, công, lượng…đặc biệt tập sử dụng nhiều đến phương pháp giải tập tĩnh học động lực học lớp 10

4 Phân tích nội dung đề tài chương “Điện tích Điện trường” 4.1.Điện tích-Định luật Coulomb

4.1.1.Điện tích

Hội nghị quốc tế điện kỹ thuật 1957 thống đưa định nghĩa điện tích sau: “Điện tích-tính chất hạt vật chất hay vật thể đặc trưng cho mối quan hệ tương hổ chúng với điện từ trường riêng tương tác chúng với điện từ trường bên ngồi, có hai dạng biết điện tích dương(điện tích proton, pozitron…) điện tích âm(điện tích electron…)được xác định định lượng theo tương tác lực vật có điện tích”

Điện tích đại lượng vơ hướng đặc trưng cho tương tác điện từ vật thể(hạt) Vì điện tích đặc trưng cho tính chất hạt nên khơng tồn tài bên ngồi hạt

Từ tính chất đó, khn khổ chương trình vật lý phổ thơng nêu lên định nghĩa điện tích điện tích điểm sau:

Điện tích số đo độ lớn thuộc tính điện vật nhiễm điện.

Điện tích điểm vật mang điện có kích thước nhỏ khơng đáng kể so với khoảng cách từ điện tích tới điểm vật mang điện khác mà ta khảo sát.

Quy ước có hai loại điện tích: điện tích âm điện tích dương Điện tích dương loại điện tích giống điện tích xuất thuỷ tinh sau cọ xát vào lụa, cịn điện tích âm giống điện tích xuất êbơnit sau cọ xát vào Các nhà vật lý cho hai dạng điện tích biểu mặt đối lập đặc tính hạt; việc tồn “bên phải” “bên trái” biểu mặt đối lập tính đối xứng khơng gian.[5]

Điện tích vật vĩ mô tổng đại số tất điện tích tương ứng hạt phần tử cấu thành nên vật

Có ba cách để làm cho vật nhiễm điện: Nhiễm điện cọ xát, nhiễm điện tiếp xúc nhiễm điện hưởng ứng

Điện tích đại lượng bất biến tương đối tính, điều có nghĩa vật (hoặc hạt) mang điện tích q đứng n, vật mang điện tích q chuyển động [8]

Điện tích có tính chất “ lượng tử hố” Trong tự nhiên điện tích tồn dạng lượng rời rạc định (lượng tử) không biến thiên liên tục Trong lý thuyết cổ điển khơng kể đến lượng tử hố điện tích Lý “lượng tử” điện tích lượng bé so với mật độ điện tích vĩ mơ hạt mang điện [5]

Sự có mặt điện tích hạt làm cho vật hay hạt mang điện tương tác điện từ với

Khi nói tích điện cho vật, phải hiểu làm cho vật thu hay số hạt điện tích, khối lượng vật tăng lên hay giảm

4.1.2.Định luật Coulomb

Định luật Coulomb mô tả tương tác điện tích điểm đứng yên Đây định luật rút từ thực nghiệm

Thí nghiệm chứng tỏ rằng, lực tương tác điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính, chiếm đầy khơng gian xung quanh điện tích, giảm ε lần so với chúng được

đặt chân không

F =k q q1 22

εr (4.1)

ε đại lượng khơng có thứ ngun đặc trưng cho tính chất điện mơi trường được

gọi độ thẩm điện môi tỉ đối (hay số điện môi) môi trường Đây số phụ thuộc vào tính chất điện môi mà không phụ thuộc vào độ lớn khoảng cách điện tích Hằng số điện môi đo tỉ số độ điện thẩm môi trường độ điện thẩm chân không

Vì điện tích dương âm nên tương tác điện tích tương tác hút đẩy.Các điện tích dấu đẩy nhau, điện tích khác dấu hút Coulomb dùng cân xoắn để khảo sát lực tương tác hai cầu nhiễm điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng

Độ lớn lực tương tác hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng

Phương lực tương tác hai điện tích điểm đường thẳng nối hai điện tích điểm Hai điện tích dấu đẩy nhau, hai điện tích trái dấu hút

1 2 q q F = k

r (4.2)

r (m) khoảng cách hai điện tích q1 q2

hệ số tỉ lệ k hệ SI, 2

0

1

k = 9.10 ( / )

4πε  Nm C ;

12

F ε = 8,85 10 ( )

m



Dưới dạng vector, biểu thức định luật Coulomb có dạng 12

12

q q r

F k

r r

 

 (4.3)

Nếu tích số q1.q2 > F12



cùng phương chiều với  12

r

Nếu tích số q1.q2 < F12



cùng phương ngược chiều với r12

Lưu ý: Công thức lực mà điện tích đặt gốc vectơ r tác dụng lên điện tích

Định luật Coulomb áp dụng cho điện tích điểm Đối với vật tích điện có dạng hình cầu(rỗng đặc) áp dụng định luật Coulomb ta xem tồn điện tích cầu tập trung tâm

Các thí nghiệm dựa định luật Coulomb cho biết lực Coulomb tác dụng lên điện tích đại lượng cộng tính Nói cách khác có hệ gồm ba (hay nhiều hơn) điện tích có mặt điện tích thứ ba khơng làm thay đổi tương tác hai điện tích Điều có nghĩa dùng định luật Coulomb để xác định lực tác dụng hệ điện tích lên điện tích cách cộng tác dụng tất điện tích hệ lên điện tích xét

Gọi F , F , ,F1 n

  

lực điện tích q1, q2,…,qn tác dụng lên q0 Khi lực

tác dụng lên q0 là:

n

1 n i

i=1

F = F +F + +F =     F (4.4)

Dựa vào nguyên lý này, ta chứng minh lực tương tác hai cầu tích điện giống tương tác hai điện tích điểm đặt tâm chúng

Những điều vừa nói cách diễn tả nguyên lý chồng chất, nguyên lý luôn gặp lý thuyết trường điện từ Tuy nhiên không nên xem nguyên lý chồng chất ngun lý tuyệt đối Bởi có khoảng cách nhỏ, phạm vi nguyên lý chồng chất không áp dụng

Lực tương tác hai điện tích tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Đây trùng hợp đặc sắc với định luật vạn vật hấp dẫn Niutơn phát trước kỷ Định luật Coulomb vượt qua kiểm tra thực nghiệm, khơng thấy ngoại lệ Nó ngun tử: mơ tả lực liên kết hạt nhân mang điện dương electron mang điện âm nguyên tử học cổ điển Newton khơng cịn phải thay vật lý lượng tử Định luật đơn giản cho phép tính lực liên kết nguyên tử với để tạo thành phân tử chất rắn chất lỏng Định luật vạn vật hấp dẫn Newton định luật Coulomb khác chỗ lực hấp dẫn lực hút, lực tĩnh điện lực hút lực đẩy tùy thuộc vào dấu điện tích Sự khác có loại khối lượng lại có hai loại điện tích[1]

4.2.Thuyết Electron Định luật bảo tồn điện tích 4.2.1.Thuyết Electron

Thuyết electron thuyết dựa chuyển dời electron để giải thích tượng điện

Cơ sở thuyết quan niệm cấu tạo hạt vật chất hình thành thuyết động học phân tử Tiếp đến cơng trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm điện từ định luật Coulomb, định luật Ôm, khái niệm điện thế, hiệu điện thế…Nhưng sở quan trọng việc phát electron

Hằng số thuyết điện tích electron

Thuyết electron dẫn đến nhiều hệ quan trọng, giải thích các tượng nhiễm điện(cọ xát, tiếp xúc cảm ứng) tính chất điện vật.Trên sở thuyết electron cổ điển, nhiều thuyết vật lý đời thuyết electron dẫn điện môi trường, thuyết electron tán sắc ánh sáng, thuyết electron phát xạ…[2]

Nội dung thuyết electron việc giải thích nhiễm điện vật: - Bình thường tổng đại số điện tích nguyên tử khơng, ngun tử trung hồ điện

-Nếu nguyên tử bị số electron tổng đại số điện tích nguyên tử số dương, ion dương Ngược lại ngun tử nhận thêm số electron ion âm

- Khối lượng electron nhỏ nên độ linh động chúng lớn Vì vậy, số điều kiện (cọ xát, tiếp xúc, nung nóng, ) số electron bứt khỏi nguyên tử, di chuyển vật hay di chuyển từ vật sang vật khác Electron di chuyển từ vật sang vật khác làm cho vật nhiễm điện Vật nhiễm điện âm vật thừa electron, vật nhiễm điện dương vật thiếu electron.[3]

Thành cơng thuyết electron cổ điển giải thích tính dẫn điện kim loại, giải thích nguyên nhân gây điện trở, giải thích nhiễm điện cọ xát, tiếp xúc hưởng ứng

*Lưu ý:

- Khi khảo sát nhiễm điện nhiều loại thuỷ tinh đa số thuỷ tinh cọ xát vào nhiễm điện dương Tuy nhiên có loại thuỷ tinh cọ xát vào lại nhiễm điện âm Điều phụ thuộc vào tạp chất mà pha vào thuỷ tinh

- Các loại nhựa cọ xát vào thường nhiễm điện âm Tuy nhiên, có loại nhựa cọ xát vào lại nhiễm điện dương

Sự sai lệch thuyết electron cổ điển thuyết lượng tử vật rắn mật độ electron dẫn bé nhiệt độ cao Đối với kim loại khác biệt hai lý thuyết rõ rệt mật độ electron dẫn lớn Cịn trường hợp khác, mật độ electron nhỏ (như electron chất khí hay nhiều tượng chất bán dẫn) thuyết electron cổ điển áp dụng cách định tính mà định lượng 4.2.2.Định luật bảo tồn điện tích

Giả thuyết bảo tồn điện tích đưa Benjamin Franklin,

kiểm nghiệm chặt chẽ với vật lớn tích điện với nguyên tử, hạt nhân hạt bản, chưa thấy có ngoại lệ nào, ta thêm điện tích vào danh sách đại lượng(bao gồm lượng, xung lượng moment xung lượng) tuân theo định luật bảo toàn[1]

Nội dung định luật bảo toàn điện tích phát biểu sau:

Tổng đại số điện tích hệ lập điện không đổi.

Hệ cô lập điện hệ khơng trao đổi điện tích với hệ khác 4.3.Điện trường

Điện từ trường khái niệm điện động lực học Cũng tất dạng trường khác, điện từ trường dạng tồn vật chất Giữa trường chất có điểm giống khác nhau:

* Khác nhau:

- Tính chất trường khác tính chất chất chỗ: Trường khơng định xứ khơng gian ta khơng xác ranh giới trường

- Lượng tử trường khơng có khối lượng nghỉ chúng tồn chuyển động, chúng có vận tốc không đổi

* Giống nhau:

- Trường dạng tồn vật chất

- Lượng tử trường phần tử vi mô chất có lưỡng tính sóng hạt

Sự thống trường chất không biểu chỗ chúng có nét giống mà cịn biểu chỗ chúng có biến đổi qua lại tuân theo định luật bảo toàn: xung lượng, khối lượng lượng

Trong lý thuyết trường lượng tử, mô tả tương tác electron A B sau: Electron A phóng photon electron B thu lấy chúng ngược lại Tương tác electron đảm bảo việc trao đổi photon Những hạt thực tương tác gọi hạt ảo(có thể có, quan sát được) Như vậy, xạ hấp thụ photon ảo nên electron bao bọc lớp mây photon không tách rời khỏi khơng cịn hạt(điểm)được định xứ xác

Như vậy, ngày khơng nói electron hạt cịn photon trường “Các khái niệm hạt trường mà trước ta gán cho đối tượng vật lý riêng lẻ hợp lại làm khái niệm trượng lượng tử, dạng thức đặc biệt tồn vật chất Hiện nay, hạt trạng thái kích thích đặc biệt trường, lượng tử trường…Sự khác chúng khác trạng thái thực thể vật lý”.Cần lưu ý rằng, phân chia vật chất thành dạng –trường chất-chỉ gần bậc nhất, theo quan điểm tổng quát, vĩ mô giới…Nhưng chuyển sang việc nghiên cứu cấu trúc vi mô chất tính chất hạt cách phân chia vĩ mô vật chất thành dạng việc đối lập chúng với trở thành khơng cịn

Điện trường trường hợp riêng điện từ trường chúng dạng tồn vật chất Nếu điện trường khơng biến thiên theo thời gian gọi trường tĩnh điện Chỉ có trường tĩnh điện áp dụng định luật Coulomb tính lực tương tác các điện tích điểm.

Tác dụng hạt tích điện đầu coi tương tác trực tiếp tức thời điện tích Ta biểu diễn quan điểm sau:

Điện tích 1Điện tích

Ngày nay, ta xem điện trường môi trường trung gian truyền tương tác điện tích

Điện tích 1điện trườngĐiện tích

Vậy điện trường dạng vật chất tồn xung quanh vật tích điện truyền tác dụng lực từ vật tích điện lên vật tích điện khác.

Điện trường có hai đặc trưng: đặc trưng mặt tác dụng lực cường độ điện trường đặc trưng mặt dự trữ điện

Để đặc trưng định lượng cho điện trường ta dùng tác dụng Chẳng hạn như, ảnh hưởng điện trường mà tính chất quang học số chất thay đổi dùng tính chất để xác định định lượng điện trường Song thông thường người ta dùng tác dụng học điện trường lên vật tích điện để làm việc đại lượng đặc trưng cho tác dụng gọi cường độ điện trường

trường cách đặt điện tích thử q0 điểm khảo sát gần vật tích điện, sau ta đo lực tĩnh

điện tác dụng lên điện tích thử q0 Cường độ điện trường điểm khảo sát định nghĩa

bằng F E q    (4.4)

Như vậy, độ lớn điện trường(cường độ điện trường) điểm khảo sát

0 F E

q  và

hướng Elà hướng F tác dụng lên điện tích thử dương q0 Để xác định cường độ điện

trường miền ta làm theo cách tương tự[1]

Cường độ điện trường điểm điện trường điện tích điểm Q tính theo công thức

2 Q E k r   (4.5)

 số điện môi môi trường chứa điểm mà ta cần tính cường độ điện trường

Vector cường độ điện trường điểm nhiều điện trường vector tổng hợp nhiều vector cường độ điện trường thành phần có chiều độ lớn xác định theo quy tắc tổng hợp vector

Trường tĩnh điện điện tích đứng yên sinh Đường sức trường tĩnh điện xuất phát từ điện tích dương tận điện tích âm(hay vơ cực) Michel Faraday người đưa khái niệm điện trường kỉ 19, cho không gian xung quanh vật tích điện lấp đầy đường sức Mặc dù khơng cịn coi đường sức thực thể nữa, đường sức dùng cách hay để mô tả trực quan điện trường.[1]

- Công thức

0 F E q   

là công thức định nghĩa cường độ điện trường công thức tổng quát dùng để xác định cường độ điện trường điểm điện trường vật hệ vật tích điện gây Cịn cơng thức E k Q2

r 

 áp dụng cho trường hợp đơn giản

khi điện trường sinh điện tích điểm điện tích Q phân bố mặt cầu

4.4.Công lực điện Hiệu điện thế

Vì điện tích nằm điện trường bị điện trường tác dụng lực nên điện tích chuyển dời điện trường thực công Độ lớn công phụ thuộc vào phân bố cường độ điện trường điểm khác trường độ dời điện tích Nhưng điện tích chuyển dời theo đường cong kín cơng lực điện trường khơng Đó tính chất quan trọng trường tĩnh điện, trường tĩnh điện trường Tính chất quan trọng dùng để đưa khái niệm đặc trưng cho trường mặt dự trữ lượng(thế năng) khái niệm điện

Thế W điện tích q điện trường đặc trưng cho khả sinh công điện trường đặt điện tích q điểm mà ta xét điện trường Thế điện tích q điện trường tỷ lệ thuận với điện tich q

Công lực tác dụng lên vật trường lực độ giảm vật trường lực Tương tự vậy, điện trường trường nên công lực tĩnh điện dịch chuyển điện tích q điện trường độ giảm W điện tích điện trường

(4.6)

Giả thiết điện tích sinh trường nằm khoảng không gian giới hạn Càng xa vùng điện trường yếu dần xem vơ cực khơng có điện trường Vì dịch chuyển điện tích thử dương từ điểm M trường theo đường đến vô cực độ lớn cơng AMđều AMkhơng phụ thuộc hình dạng đường mà

phụ thuộc vào vị trí điểm M độ lớn q, ta cho q’ lớn gấp n lần q công '

M

A cũng lớn gấp n lần AM, lực điện trường tác dụng lên q’ lớn gấp n lần lực điện trường tác dụng

lên q Từ suy AM q



không phụ thuộc vào độ lớn điện tích chuyển dời mà phụ thuộc vào vị trí điểm M điện trường Ứng với điểm điện trường có giá trị xác định tỉ số AM

q



Vì ta dùng tỉ số để đặc trưng cho tính chất điện trường mặt dự trữ gọi điện

M M

A V =

q 

Điện điểm trường tĩnh điện có trị số cơng mà lực điện trường thực không phụ thuộc dịch chuyển đơn vị điện tích dương từ điểm đến vô cực Khi dịch điểm M xa vô Abằng khơng Trong kỹ thuật điện người ta quy ước điện mặt đất không

Với hai điểm M, N điện trường, đại lượng AMN đặc trưng cho điện trường

về khả sinh công hai điểm gọi hiệu điện hai điểm M, N ký hiệu UMN

MN M N

U = V - V (4.8)

Hiệu điện hai điểm điện trường đại lượng đặc trưng cho khả năng thực cơng điện trường có điện tích di chuyển hai điểm đó.

Điện hiệu điện đại lượng vơ hướng, điện có giá trị dương điện trường điện tích dương có giá trị âm điện trường điện tích âm Nếu điện trường điện tích dương lực điện trường làm cho điện tích q từ M tới vơ cơng dương điện có giá trị dương Ngược lại điện trường điện tích âm muốn cho điện tích q di chuyển từ M tới vơ phải dùng ngoại lực để thắng lực điện trường Công lực điện trường trường hợp cơng cản có giá trị âm, điện có giá trị âm Điện điện trường tổng hợp tổng đại số điện có điện trường

Để đo hiệu điện hai vật điện điểm vật ta dùng tĩnh điện kế

Vật đẳng thế là vật có điện điểm bên mặt ngồi vật có giá trị

Mặt đẳng quỹ tích điểm có điện Tính chất mặt đẳng thế:

- Các mặt đẳng không cắt nhau, điểm điện trường có giá trị xác định điện

- Một điện tích di chuyển mặt đẳng điện tích khơng đổi Do cơng lực tĩnh điện dịch chuyển điện tích qo mặt đẳng

không

Liên hệ cường độ điện trường hiệu điện điện trường

E = U

d (4.9) d khoảng cách hai điểm dọc theo đường sức

Mối liên hệ vectơ cường độ điện trường điện V: E = -gradV Dấu trừ đứng trước vectơ gradV chứng tỏ vectơ cường độ điện trường E hướng phía điện V

giảm.[5]

4.5.Vật dẫn điện môi điện trường

Khi đặt vật dẫn điện mơi trường tĩnh điện bên vật dẫn xảy trình quy định cấu tạo bên vật Trong vật dẫn có phân bố lại điện tích tự do, bên điện mơi có phân cực Các q trình đưa đến kết cường độ điện trường bên bên vật khác Cường độ điện trường lòng vật dẫn khơng cịn bên điện mơi nhỏ cường độ điện trường

Khi vật dẫn nhiễm điện tồn điện tích dư chuyển mặt ngồi vật dẫn kể trường hợp vật dẫn có lỗ hổng, khơng có điện tích dư tìm thấy bên vật dẫn Nếu khơng vậy, điện trường tác dụng lực lên điện tích tự có dịng điện vật dẫn Tất nhiên dịng khơng tồn lâu vật dẫn lập đó, cường độ điện trường bên vật dẫn phải không Lưu ý cường độ điện trường bên vật dẫn khơng khơng phải khơng có điện trường bên vật dẫn Vì điện tích dư xếp cách tự động mặt vật dẫn cho cường độ điện trường tổng hợp chúng điểm bên vật dẫn khôngTuy nhiên trừ vật dẫn có dạng cầu, phân bố điện tích bên ngồi vật dẫn khơng đều, chúng tập trung nhiều chỗ lồi chỗ lõm vật dẫn Véc tơ cường độ điện trường sát mặt vật dẫn phải vng góc với bề mặt vật dẫn vật đẳng thế.[1]

Những chất điện môi mà phân tử chúng có moment lưỡng cực điện vĩnh cửu(chất điện môi phân cực), đặt điện trường moment điện có xu hướng định hướng theo chiều điện trường định hướng mạnh hay yếu phụ thuộc vào cường độ điện trường lớn hay nhỏ nhiệt độ chất điện môi cao hay thấp Đối với chất điện môi

không phân cực dù phân tử có hay khơng có moment lưỡng cực điện vĩnh cửu, chúng có moment lưỡng cực cảm ứng đặt điện trường ngồi E 0, điện trường ngồi có xu hướng “kéo dãn” phân tử ra, làm cho tâm điện tích âm dương cách Kết tạo điện tích mặt trái dấu phía khối chất điện mơi dọc theo chiều đường sức điện tích mặt tạo điện trường E/



ngược chiều với điện trường Cường độ điện trường tổng cộng bên chất điện môi /

0

E E E

 

và

0 &

E  E E E

                           

Như vậy, ảnh hưởng chất điện môi làm yếu điện trường bên chất điện môi.[1]

4.6.Tụ điện-Năng lượng điện trường

Các tụ điện có nhiều kích thước hình dạng khác Tuy nhiên, yếu tố tụ vật dẫn có dạng tùy ý, đặt gần cô lập với với xung quanh Khoảng không gian tụ thông thường chất điện môi

Khi tụ tích điện, có điện tích trái dấu +Q –Q Tuy nhiên, ta nói điện tích tụ Q giá trị tuyệt đối điện tích tụ(chú ý Q khơng phải điện tích tổng cộng tụ, điện tích tổng khơng)

Vì chất dẫn điện nên chúng mặt đẳng thế, có hiệu điện U Điện tích Q hiệu điện U tỉ lệ với , nghĩa

Q =CU (4.13)

C hệ số tỉ lệ, mà giá trị phụ thuộc vào dạng hình học gọi điện dung tụ Điện dung tụ đặc trưng cho khả tích điện tụ Đối với tụ điện phẳng chân không điện dung tụ tính theo cơng thức:

0

4

S S

C

d kd





  (4.14)

Hình 9.5: Sự phân cực điện mơi có cực

Rõ ràng giá trị điện dung phụ thuộc vào thừa số hình học diện tích S tụ khoảng cách d Trong trường hợp tụ chất điện mơi điện dung C tụ cịn phụ thuộc vào số điện mơi  theo công thức:

0 4 S S C d kd   

  (4.15)

Để có tụ điện với điện dung thích hợp muốn có hiệu điện phù hợp ta ghép tụ điện với thành tụ điện Có cách ghép tụ thường gặp thực tế ghép nối tiếp ghép song song Các tụ nói ghép song song hiệu điện đặt lên tổ hợp chúng tụ có hiệu điện Trong cách ghép song song điện dung tương đương tụ tính theo cơng thức

1 n td i i C C 

 (4.16)

rõ ràng cách ghép song song Ctd Ci(i=1,2,…n)

Các tụ gọi ghép nối tiếp hiệu điện đặt lên tổ hợp tổng hiệu điện thiết lập tụ Trong cách ghép nối tiếp, điện dung tương tụ tính theo cơng thức

1

1 n 1

i

td i

C  C

 (4.17)

trong cách ghép nối tiếp, Ctd Ci(i=1,2…n)

Khi tụ tích điện vùng khơng gian tồn điện trường bỏ qua hiệu ứng biên, lượng điện trường tụ gọi tắt lượng tụ Năng lượng tụ tính theo cơng thức

2 1 1 W= 2 2 Q QU C  (4.18)

Để tính lượng tụ ta giả sử thời điểm t, điện lượng q/ chuyển từ

1 sang kia, hiệu điện U/ vào thời điểm U/=Q//C Sau khoảng

thời gian dt liền sau đó, có điện lượng dQ/ chuyển số gia cơng cần thiết

/ / / Q /

dW dQ U dQ

C

 

Cơng cần để đưa tồn điện tích tụ đến giá trị cuối Q

2 / / 1 W= dW= C 2 Q Q Q dQ C 

  (4.19)

Các công thức (4.18) (4.19) đúng hình dạng tụ nào[1]

Trong tụ điện phẳng, bỏ qua hiệu ứng biên, điện trường có giá trị cho điểm ccs tụ Như mật độ lượng w, nghĩa lượng đơn vị thể tích phải Để tìm w ta lấy lượng tụ chia cho thể tích Sd khơng gian tụ

2 W w= Sd 2 CU Sd 

2

0

1 1

w= ( )

2 2

V

E d

   (4.20)

Mặc dù (4.20) suy trường hợp tụ phẳng trường hợp tổng quát, điện trường sinh các cách khác[1]

5 Ứng dụng kỹ thuật

5 1.Ứng dụng tượng nhiễm điện điện tích điện trường

► Máy lọc bụi

Sơ đồ lọc bụi lọc đến 95% bụi khơng khí

Khơng khí có nhiều bụi quạt vào máy qua lớp lọc bụi thông thường để lọc bụi có kích thước lớn Dịng khơng khí lẫn hạt bụi nhỏ bay qua lưới hạt bụi nhiễm điện dương Do gặp lưới nhiễm điện âm, hạt bụi bị hút vào lưới Vì qua lưới 2, khơng khí lọc bụi Sau khơng khí qua lớp lọc than để khử mùi

► Công nghệ sơn tĩnh điện

Trong công nghệ này, mũi súng phun làm

bằng kim loại nối với cực dương

máy phát tĩnh điện Cực âm máy nối với vật

cần sơn Các hạt sơn bay khỏi súng phun

nhiễm điện dương bị hút phía vật cần sơn So với

lớp sơn phun bình thường lớp sơn phun tĩnh điện bám có thêm lực điện hút hạt sơn vào vật cần sơn Trong công nghệ vật sơn phải kim loại

►Ống phóng điện tử

Chùm tia êlectron súng êlectron phát ra, điều chỉnh cho qua khoảng không hai cực Y1, Y2 X1, X2 đập vào huỳnh quang giữ điện áp cao Dùng điện trường hai

cực Y1, Y2 ta làm lệch chùm tia electron theo phương thẳng đứng Tương tự dùng điện trường hai

bản cực X1, X2 ta làm lệch chùm tia electron theo phương ngang Ống điện tử dùng dao

động ký

► Máy chụp quang học (photocopy)

Bộ phận quan trọng máy chụp quang học mặt trụ mà người ta gọi mặt trống Trống làm nhơm có phủ lớp chất bán dẫn, ví dụ sêlên Nhơm chất dẫn điện tốt; cịn selên thiếu ánh sáng chất cách điện, chiếu sáng trở thành dẫn điện tốt Mặt trống gần điện cực mà ta gọi điện cực trống Quá trình máy chụp văn chia thành bước sau:

5.2 Ứng dụng vật dẫn điện trường ► Màn chắn điện

Màn chắn điện (vật dẫn rỗng) có tác dụng bảo vệ, che chở cho vật dẫn khác đặt bên khỏi bị ảnh hưởng điện trường bên

5.3 Ứng dụng tụ điện kỹ thuật y tế

► Tụ điện tivi, quạt máy, tủ lạnh, máy ảnh…

Ví dụ việc chụp ảnh cực nhanh, thời gian phóng điện tụ điện đèn vào khoảng 1/200 giây đến 1/1000000 giây, chí cịn ngắn Trong khoảng thời gian ngắn đó, đèn chiếu phát sáng mạnh

► Tụ điện y tế

Trong y tế dùng cách phóng điện tụ điện qua tim

để làm ngừng cách nhanh chóng loạn

C.KẾT LUẬN

- 

-Học phần “Phân tích chương trình vật lí phổ thơng” học phần quan trọng chuyên ngành LL &PPDHVL nhằm nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức cách thể nội dung kiến thức sách giáo khoa vật lí phổ thơng với chuẩn kiến thức chuẩn kỹ Bộ GD&ĐT ban hành

Việc nghiên cứu nội dung kiến thức chuơng trình phổ thông phần “Tĩnh điện học”, giúp cho hiểu sâu sắc kiến thức giáo khoa vật lí 11 hành để đề phương pháp tiếp cận tri thức phù hợp cho học sinh trình dạy học trường THPT sau

Tiểu luận phân tích cách chi tiết sâu sắc nội dung sau:

- Hệ thống khái niệm: Điện tích, điện mơi, vật dẫn, điện trường, trường tĩnh điện, cường độ điện trường, đường sức điện, công lực điện, hiệu điện thế, điện thế, tụ điện, điện dung tụ điện, năng lượng điện trường

- Các định luật: Định luật Cu-lông, định luật bảo tồn điện tích - Thuyết electron

- Nguyên lý chồng chất điện trường

- Ứng dụng điện trường, vật dẫn điện trường, tụ điện kỹ thuật

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 

-1.David Halliday-Robert Resnick-Jearl Walker, Cơ sở vật lý, người dịch Đàm Trung Đồn, NXBGD(1997)

2.Đào Văn Phúc (1976), Điện động lực học, Nhà xuất Giáo dục 3.Nguyễn Thế Khôi(chủ biên), Vật lý 11 nâng cao, NXBGD(2007)

4.Phó Đức Hoan, Phương pháp giảng dạy vật lý trường phổ thông trung học,Trường ĐHSP Hà Nội 1(1983).