Bài giảng vật lý 1 chương 5 nguyễn xuân thấu

CHƯƠNG TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2017 I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Sự nhiễm điện số khái niệm - Cách làm nhiễm điện cho vật: có cách cọ xát , tiếp xúc hưởng ứng - Có hai loại điện tích: dương (+) âm (-) Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút - Điện tích có giá trị nhỏ gọi điện tích nguyên tố: e  1, 6.1019 C m e  9,1.1031 kg - Điện tích vật nhiễm điện bội số nguyên lần điện tích ngun tố: Q = ne • Giá trị tuyệt đối điện tích gọi điện lượng • Điện tích chất điểm gọi điện tích điểm I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Thuyết điện tử: gồm luận điểm sau - Vật chất cấu tạo từ nguyên tử (gồm hạt nhân mang điện tích dương electron quay xung quanh) Ở trạng thái thường, nguyên tử trung hoà điện - Khi nguyên tử electron  ion dương Khi nguyên tử nhận electron  ion âm - Các (e) chuyển động tự từ nguyên tử sang nguyên tử khác, từ vật sang vật khác gây nhiễm điện vật I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Định luật bảo tồn điện tích Phát biểu: Hệ lập điện tích hệ bảo toàn I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Định luật Coulomb Phát biểu: Lực tương tác hai điện tích điểm có phương nằm đường nối hai điện tích, lực hút điện tích trái dấu đẩy điện tích dấu, có độ lớn tỷ lệ với tích điện tích tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Định luật Coulomb Trong chân không:  q1q r12 q1q r12 F12  k 4 r r r r q1 q q1 q F12  k 2 40 r r  0  8,86.1012 C2 / Nm  số điện k  9.109 Nm / C 40 số Coulomb I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Định luật Coulomb Trong môi trường lực tương tác giảm  lần:   q1q r12 q1q r12 F12  k r r 4 0 r r  q1 q q1 q k F12  4 0 r r  gọi độ điện thẩm hay số điện môi tỷ đối môi trường I TƯƠNG TÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT COULOMB Định luật Coulomb - Định luật Coulomb hệ điện tích điểm: điện tích q0 đặt hệ điện tích điểm q1, q2, …, qn lực tĩnh điện tác dụng lên q0:      F  F1  F2    Fn   Fi II ĐIỆN TRƯỜNG Khái niệm điện trường - Điện trường môi trường vật chất bao quanh điện tích, tác dụng lực lên điện tích khác đặt Q  q   F q   F II ĐIỆN TRƯỜNG Véc-tơ cường độ điện trường  E 10 M  q0  F Điện tích thử    F E   const q0   q   F  E   q   F  E a) Định nghĩa: Véc-tơ cường độ điện trường điểm đại lượng có trị véc-tơ lực tác dụng điện trường lên đơn vị điện tích dương đặt điểm Đơn vị: V/m III ĐỊNH LÍ OSTROGRADSKY – GAUSS (O – G) Ứng dụng định lí O – G: Ví dụ 3: Một dây dẫn thẳng, dài vơ hạn, tích điện với mật độ điện dài  Xác định cường độ điện trường điểm M cách dây dẫn môt đoạn r D         D d S   D d S   D d S   DdS  D.2rh Q  q  .h (S) E 38  xq 2day xq trong(S) M h D  Q  D  .h    E 2rh 2r 20 r   2k  E n  n 20 r r  IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Công lực điện trường: Điện tích q di chuyển điện trường điện tích Q ( N) A  (M) 39   Fd r   ( N)  (M) k Qq r d r kQq r r  ( N)   (M) A MN  rdr r  kQ kQ   q    rM rN     Q r F  qE  qk r r IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Công lực điện trường: Trong trường hợp tổng quát, người ta chứng minh được: Công lực điện trường khơng phụ thuộc vào hình dạng đường đi, phụ thuộc vào vị trí đầu cuối Lực điện trường LỰC THẾ 40 Đối với trường lực thế, người ta xây dựng hàm vô hướng phụ thuộc vị trí điểm trường lực thế, gọi hàm Hàm điện trường gọi điện V(x,y,z) IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Điện - hiệu điện a Khái niệm: Điện hàm vô hướng V(x,y,z), cho: A MN VM  VN   U MN q 41 b Nhận xét: Điện không xác định đơn sai khác số cộng, tùy thuộc vào việc chọn gốc điện Lí thuyết: chọn gốc điện vô cùng; Thực hành: chọn gốc điện đất, vỏ máy IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Điện - hiệu điện c Điện hệ điện tích gây ra: - Điện gây điện tích điểm: Q V  k C r - Điện gây hệ điện tích điểm: VM  42  Vi   k Qi C riM - Điện gây vật tích điện: VM   vËt mang ®iƯn dV   vËt mang ®iƯn k dq C r Chú ý: Nếu chọn gốc điện vơ C = IV CƠNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Thế điện tích điện trường: Ta có: WtM  WtN  A MN  qU MN  q(VM  VN ) Vậy điện tích q điện trường là: WtM  qVM 43 IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Thế điện tích điện trường: Ví dụ 1: Cho q1 = 5.10– C; q2 = - 8.10– C, đặt A, B khơng khí Tính điện M cách A, B 10 cm, 20cm Chọn gốc điện vô M 44 q1 + A B q2 kq kq q1 q   k(  V  ) r1 r2 r1 r2 8 8 5.10 8.10 V  9.10 (  )  900 V 0,1 0, IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Thế điện tích điện trường: Ví dụ 2: Vịng dây trịn, bán kính a, tích điện với điện tích tổng cộng Q Tính điện tâm O vòng dây điểm M trục vòng dây, cách O đoạn x Suy hiệu điện UOM 45 Áp dụng: a = 5cm; x = 12cm; Q = -2,6.10– C Xét trường hợp: a) Gốc điện vô cùng; b) Gốc điện O IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Thế điện tích điện trường: a) Gốc điện vô cùng: VM   dV  v/d VM  46  v/d kQ a x k.dq k  r r   dq v/d 9.109.( 2, 6.109 ) 0, 05  0,12  - 180V kQ 9.109.( 2, 6.109 )   - 468V VO  0, 05 a  U OM  VO  VM = - 288V IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Thế điện tích điện trường: b) Gốc điện O kQ  VO   C  468  C   C  468 a VM  M r 47 d  O x a kQ a x  C  180  C  288V  U OM  VO  VM  288V IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Mặt đẳng 48 a Khái niệm: Tập hợp điểm điện trường có giá trị điện thế, tạo nên mặt đẳng b Tính chất: - Các mặt đẳng khơng cắt - Khi điện tích q di chuyển mặt đẳng cơng lực điện trường khơng - Đường sức điện trường (do đó, vectơ cường độ điện trường) ln vng góc với mặt đẳng c Qui ước vẽ: Độ chênh lệch V hai mặt đẳng liên tiếp không đổi Suy ra: điện trường mạnh mặt đẳng dày, điện trường yếu mặt đẳng thưa; điện trường mặt đẳng mặt phẳng song song cách IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Liên hệ cường độ điện trường điện Xét điện tích q di chuyển điện trường từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp Cơng lực điện trường đoạn đường vi phân    dl là:  dA  F d l  q E d l Mặt khác: 49 dA  q(V1  V2 )  qdV     dV   E d l   E d s   E.dn  dV  V V V E n   grad V  ( , , ) dn x y z  ds IV CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ - HIỆU ĐIỆN THẾ Liên hệ cường độ điện trường điện Vectơ cường độ điện trường hướng theo chiều giảm Độ lớn vectơ cường độ điện trường điểm độ giảm điện đơn vị chiều dài dọc theo đường sức qua điểm Lân cận điểm điện trường, điện biến dV dV thiên nhanh theo phương đường sức qua ds  dn điểm 50 Lưu số vectơ cường độ điện trường hai điểm M, N hiệu điện hai điểm   Ed   MN Lưu số vectơ cường độ điện trường dọc theo đường cong kín khơng A MN  U MN q    E.d Ed   (C) + Phần tập: Các tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập (Sách BTVLĐC tập 2): 1.1, 1.2, 1.3, 1.6, 1.7, 1.9, 1.10, 1.11, 1.13, 1.20, 1.23, 1.24, 1.25, 1.32, 1.33, 1.34, 1.37 51 52 HẾT ... thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập (Sách BTVLĐC tập 2): 1. 1, 1. 2, 1. 3, 1. 6, 1. 7, 1. 9, 1. 10, 1. 11, 1. 13, 1. 20, 1. 23, 1. 24, 1. 25, 1. 32, 1. 33, 1. 34, 1. 37 51 ... dụ 1: Cho q1 = 5 .10 – C; q2 = - 8 .10 – C, đặt A, B khơng khí Tính điện M cách A, B 10 cm, 20cm Chọn gốc điện vô M 44 q1 + A B q2 kq kq q1 q   k(  V  ) r1 r2 r1 r2 8 8 5 .10 8 .10 V  9 .10 (... COULOMB Định luật Coulomb Trong chân không:  q1q r12 q1q r12 F12  k 4 r r r r q1 q q1 q F12  k 2 40 r r  0  8,86 .10 ? ?12 C2 / Nm  số điện k  9 .10 9 Nm / C 40 số Coulomb I TƯƠNG TÁC ĐIỆN