Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chuyên đề: Vật dẫn

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Vật dẫn, tính chất vật dẫn, hiện tượng điện hưởng, ứng dụng hiện tượng điện hưởng,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.

Th.S Đỗ Quốc Huy BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Chuyên đề: VẬT DẪN (Để download tài liệu này, đăng nhập vào diễn đàn trang web champhay.com) MỤC TIÊU Sau học xong chương này, SV phải : – Nêu tính chất vật dẫn cân tĩnh điện; tượng điện hưởng ứng dụng tượng điện hưởng – Tính điện dung vật dẫn cô lập điện dung loại tụ điện – Tính lượng điện trường NỘI DUNG I – Vật dẫn cân tĩnh điện II – Hiện tượng điện hưởng III – Điện dung vật dẫn cô lập IV – Tụ điện, điện dung 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: – Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện: a) Trong lòng vật dẫn khơng có điện E trường (Etrong = 0) b) Toàn vật dẫn khối đẳng � � E  c) Mặt vật dẫn, vectơ cường độ điện trường ln vng góc với bề mặt vật dẫn d) 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 3 – 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 Điện trường làm số ion electron có sẵn khí chuyển động, va chạm với phân tử khí, gây hiên tượng ion hóa, sinh nhiều hạt mang điện Các hạt mang điện trái dấu với điện tích mũi nhọn bị mũi nhọn hút vào, điện tích mũi nhọn giảm dần Các hạt mang điện trái dấu với điện tích mũi nhọn bị đẩy xa mũi nhọn chúng kéo theo phân tử khí chuyển động, tạo thành luồng 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 + + + (S) – – – + – +A – B + – – + tượng điện hưởng (hay hưởng ứng điện) Mọi đường sức A tới B Điện Độ lớn điện tích hưởng cảm ứng ln với tồn độ lớn điện tích phần vật mang điện III – ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CƠ LẬP: Một vật dẫn gọi lập điện gần khơng có vật khác gây ảnh hưởng đến phân bố điện tích bề mặt Điện dung vật dẫn cô 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 Đơn vi đo điện dung F (fara) F (micrô fara) = 10 – F nF (nanô fara) = 10 – F 1pF (picô fara) = 10 – 12 F IV – TỤ ĐIỆN, ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN: – Tụ điện: Hệ hai vật dẫn đặt gần cho chúng xảy tưởng điện hưởng tồn phần Hai vật dẫn gọi hai (hay hai cốt) tụ điện Các loại tụ điện: – Điện dung 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 40 R1R 0S C C R  R1 d Tụ Trụ 20 h C R2 ln( ) R1 – Ghép tụ điện: Ghép nối tiếp  C Ci � i Q  Qi U � Ui i Ghép song song � Q� Q C Ghép nối tiếp C giảm Ghép song song C tăng Ci i i U  Ui i V – NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG: – Năng lượng tụ điện: Dùng nguồn điện nạp điện tích vào hai tụ điện có điện dung C Ban đầu, tụ điện chưa tích điện hiệu điện hai tụ không Ở thời điểm t, điện hai tụ u điện tích tụ q Trong thời gian dt tiếp theo, nguồn đưa thêm diện tích dq đến tụ Vì dq nhỏ nên u coi khơng đổi công nguồn dA = udq = Cudu Cơng tồn phần để nạp điện cho tụ đến hiệu điện U là: U U 0 A  dA  C udu  CU 2 � � Cơng chuyển hóa thành lượng tụ điện 1 Q Vậy, lượng tụ điện là: W  CU   QU 2 C 2 – Năng lượng điện trường: Xét lượng tụ điện phẳng: 1 1 2 W  QU  (o ES).(Ed)  o E Sd   o E  2 2 Năng lượng tụ điện định xứ vùng khơng 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 gọi mặt độ lượng điện trường    E Đặt: E o Thì lượng điện trường thể tích  là: W  E  Tổng quát: W � E d ( ) BÀI TẬP 3.1 Tính điện dung vật dẫn hình cầu, lâp điện M r R Tích điện Q cho cầu điện M bên cầu là: kQ V r Suy ra, điện dung cầu là: Q R C  V k Quả cầu có điện dung 1F phải có bán kính 9.109m! BÀI TẬP 3.2 Chứng minh cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng ++++++++ d - + d M  x Ta biết, điện điểm lòng tụ điện là: x VM  0 Suy ra, hđt gữa tụ điện là: d Qd U  VM  VN   0 0S Vậy điện dung tụ điện phẳng là: Q 0S C  U d BÀI TẬP 3.3 Chứng minh công thức tính điện dung tụ điện trụ Ta biết, điện điểm M tụ điện là: 2kQ R VM  ln h r Suy ra, hđt tụ điện là: 2kQ R U  V  V  ln h R1 Vây điện dung tụ điện trụ là: Q h 20 h C   R R2 U 2k.ln ln R1 R1 BÀI TẬP 3.4 Chứng minh cơng thức tính điện dung tụ điện cầu Ta biết, điện điểm M tụ điện là: VM  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: C Q R1R 40 R1R   U k(R  R ) R  R1 ... III – Điện dung vật dẫn cô lập IV – Tụ điện, điện dung 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... 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... hướng – ta nói vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện I – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN: – Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện: a) Trong lòng vật dẫn khơng có điện E trường (Etrong = 0) b) Toàn vật dẫn khối đẳng