Bài giảng Chương 1: Trường tĩnh điện

Chia sẻ: Nguyen Thi Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

193
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Định luật cu lông, điện trường, điện thông, định lý Ôxtrogratxki-Gaox, điện thế, mặt đẳng thế là những nội dung chính của bài giảng chương 1 "Trường tĩnh điện". Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 1: Trường tĩnh điện

Chương Một TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN §1. Định luật Cu lông §2. Điện trường §3. Điện thông §4. Định lý Ôxtrogratxki-Gaox §5. Điện thế §6. Mặt đẳng thế §7. Liên hệ giữa vecto cường độ điện trường và điện thế 8/10/2015 1
§1. Định luật Cu lông 1.1/ Các khái niệm đã biết ở trung học:  Sự nhiễm điện  Trạng thái trung hòa điện, ion dương-âm  (Xem video hiện tượng nhiễm điện)  Thuyết điện tử (thuyết electron)  -Vật chất cấu tạo bởi các nguyên tử….ion +, ion - …  Phân chia vật theo tính chất điện: vật dẫn, bán dẫn và điện môi 8/10/2015 2
§1. Định luật Cu lông 1.2/ Định luật Cu lông a) Định luật Cu lông trong chân không Lực tương tác tĩnh điện giữa 2 điện tích điểm có phương nằm trên đường thẳng nối 2 điện tích, có chiều: khi hai điện tích cùng dấu đẩy nhau (hình 1a) khi hai điện tích trái dấu hút nhau (hình 1b), có độ lớn tỷ lệ thuận với tích độ lớn của 2 điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. qq r qq r F10  k và F 20  k 1 2 21 1 2 12 r2 r r2 r (1-1) Độ lớn của 2 lực này cùng bằng: | q1 || q 2 | F10  F20  k (1-2) r2 8/10/2015 3
§1. 1.2/ Định luật Cu lông (tiếp) 2 C2 Hệ SI, k 1  9.10 9 N.m với  0  8, 86.10 12 là hằng số điện chân không 4 0 C2 N.m 2 Thì: 1 q1q2 r12 1 q1q2 r 21 F10  . . và F 20  . . 40 r 2 r 40 r 2 r (1-4) 1 | q1 || q2 | Độ lớn của lực Culông: F10  F20  40 . r2 (1-5) Hình 1: Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm cùng dấu (a) và khác dấu (b) 8/10/2015 4
§1. 1.2/ Định luật Cu lông (tiếp) b) Định luật Cu lông trong các môi trường: Thực nghiệm chứng tỏ rằng, lực tương tác Cu lông trong môi trường giảm đi  lần so với trong chân không: 1 q1q2 r12 1 q1q2 r 21 F10  . 2 . và F 20  . 2 . (1-6) 40 r r 40 r r 1 | q1 || q2 | F10  F20  . 40 r 2 (1-7) Trong đó,  là đại lượng không thứ nguyên, đặc trưng cho tính chất điện của môi trường và gọi là độ thẩm điện môi tỷ đối (hay còn gọi là hằng số điện môi ). 8/10/2015 5
§1. 1.2/ Định luật Cu lông (tiếp) Bảng: Một số giá trị của hằng số điện môi : Môi trường Hằng số điện môi Chân không 1 Không khí 1,0006 Êbônít 2,7 - 2,9 Thủy tinh 5 - 10 Nước nguyên chất 81 8/10/2015 6
§1. Điện trường 2.1/ Khái niệm điện trường a) Thuyết tương tác xa: Lực truyền tương tác tĩnh điện giữa các điện tích với nhau là tức thời, nghĩa là vận tốc truyền tương tác là vô hạn. Tương tác không cần thông qua vật chất trung gian. b) Thuyết tương tác gần: Trong không gian bao quanh các điện tích tồn tại một môi trường vật chất đặc biệt, gọi là điện trường. Chính điện trường là môi trường trung gian truyền tương tác giữa các điện tích. Sự truyền tương tác này là không tức thời. Vận tốc truyền tương tác là hữu hạn. Mọi điện tích đặt trong điện trường đều bị điện trường tác dụng 1 lực. 8/10/2015 7
§2. 2.2/ Vecto cường độ điện trường a) Định nghĩa: Vecto cường độ điện trường tại một điểm là một đại lượng có giá trị vecto bằng lực tác dụng của điện trường lên một đơn vị điện tích dương đặt tại điểm đó. F E  q  const 0 (1-8) b) Vecto cường độ điện trường gây bởi 1 điện tích điểm: Điện trường gây ra bởi 1 điện tích điểm q là: F  E q 1 . q .r (1-9) 0 40 r 2 r |q| Độ lớn E 1 (1-10) r . 4 0 2
§2. 2.2/ Vecto cường độ điện trường (tiếp) c)Vecto cường độ điện trường gây bởi 1 hệ vật mang điện. Nguyên lý chồng chất điện trường. Tính điện trường hệ điện tích điểm: Vecto cường độ điện trường gây bởi 1 hệ điện tích điểm bằng tổng các vecto cường độ điện trường gây ra bởi từng điện tích điểm: n n Fi E   Ei   i 1 i 1 q 0 (1-11) Vật có hình dạng bất kỳ có điện tích phân bố liên tục: 1 dq r E   dE   . 2. toàn bo vat toàn bo vat 4 0 r r (1-12) 8/10/2015 9
§2. 2.2/ Vecto cường độ điện trường (tiếp) Tùy vật mang điện, có thể tính theo các cách phân chia khác nhau: + Vật dạng dây(c): dài l, dq=dl mật độ điện tích dài  = dq/dl, thì: 1 dl r E  4 (c) 0 . r 2 . r (1-13) +Vật dạng mặt S . mặt S, dq= dS mật độ điện tích mặt  = dq/dS, thì: 1 dS r E  4 . r . r S 0 2 (1-14) +Vật dạng khối thể tích V: thể tích V, dq=dV mật độ điện tích khối  = dq/dV, thì: 1 r dV E . . V 4 0 r 2 r (1-15) 8/10/2015 10
§2. 2.3/ Điện trường của 1 số vật tích điện a) Vecto cường độ điện trường của lưỡng cực điện -Hệ 2 điện tích bằng nhau, trái dấu, cách nhau l Đk lưỡng cực điện: l
§2. 2.3/ Điện trường của 1 số vật tích điện N b) Điện trường của dây dẫn thẳng x dài vô hạn: dE  1 . dq  ( Mật độ đt dài  4 0 (r 2  x 2 ) r ) Chia dây ra các dx dE tại M cách dây r là H M 1 dq cos 3  dE E  dEcos    4 0  . r3 Khi thay dq=dx, với x=rtg ; tích phân theo  từ -/2 đến +/2, ta có: / 2 1  E  4 0r  / 2 cos d  2 0r (1-17) Trường hợp tổng quát  có thể âm hặc dương  ta có:  (1-18) E 2 0 r 8/10/2015 12
§2. 2.3/ Điện trường của 1 số vật tích điện c) Điện trường gây ra bởi đĩa tròn mang điện đều 1 dq xdxd dE1  .  4 0 r 2 4 0r 2 Theo NL chồng chất: h xdxd E  toan đia dE   toan đia 2  0  . (r 2  x 2 3/ 2 ) tích phân trên ta có: E    1  1    2 0  1 R / h  2 2 (1-19) Khi cho R ta có công thức tính điện trường của mặt phẳng vô hạn tích điện đều:  E (1-20) 2 0  8/10/2015 13
§3. Điện thông 3.1/ Đường sức điện trường trường Đường sức điện trường hình ảnh phân bố của điện trường. Định nghĩa: Đường sức điện trường là đường cong mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với phương vecto cường độ điện trường E tại điểm đó; chiều của đường sức điện trường là chiều của vecto cường độ điện trường . Quy ước: vẽ số đường sức điện trường qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với đường sức bằng giá trị cường độ điện trường E (tại điểm đó ). Tập hợp các đường sức điện trường gọi là phổ đường sức điện trường hay điện phổ. 8/10/2015 14
§3. 3.1/ Đường sức iện trường trường Hình :Bức tranh đường sức điện trường của điện tích điểm (đường liên tục): + H×nh 1a H×nh 1b 8/10/2015 15
§3. 3.2/ Sự gián đoạn của ường sức iện trường trường Vì E   . Do đó, khi đi qua môi trường có  khác nhau đường sức điện trường bị gián đoạn. Vì vậy để mô tả điện trường, ngoài E , người ta dùng vecto cảm ứng điện D. Môi trường đồng nhất: D   0E (1-24) Và độ lớn của vecto cảm ứng điện: D=0E (1-25) Từ đó suy ra: D q r D  |q| . 4r 2 r và 4r 2 (1-26) Như vậy mỗi điểm trong điện trường D chỉ phụ thuộc q mà không phụ thuộc . 8/10/2015 16
§3. 3.2/ Sự gián đoạn của ường sức iện trường trường D E S S  1 2  1 2 A: B: 8/10/2015 17
§3. 3.3/ Thông lượng cảm ứng điện. Điện thông Thông lượng cảm ứng điện qua diện tích dS là đại lượng có độ lớn tỷ lệ với số đường cảm ứng điện vẽ qua diện tích đó. e  (1-27) de  D.dS   d (S) e   D.dS (S) Gọi  là góc hợp bởi D và n ta có: de  D.dS  D.dS.cos   Dn .dS Tức: e   D.dS   D (S) (S) n .dS (1-28) Trong đó Dn = D.cos chính là hình chiếu của cảm ứng điện lên pháp tuyến n. Chiều của pháp tuyến hướng ra ngoài mặt S. Do đó, thông lượng cảm ứng điện là một đại lượng đại số, dấu của nó phụ thuộc góc . Những nơi D hướng ra ngoài mặt kín S, thông lượng de >0, ngược lại hướng vào de
§4. Định lý Ôxtrogratxki-Gaox 4.1/ Định nghĩa góc khối  Góc khối d nhìn dS từ M bằng: 1 n O r M  dS cos  d  (1-30) dSn r2 d dS D d là một vô hướng: khi d>0, với góc phẳng  nhọn, khi d
§4. 4.2/ Điện thông xuất phát từ một điện tích điểm a) Cho điện tích q đặt cố định tại O, xung quanh nó có điện trường. Giá trị cảm ứng điện D sẽ tùy thuộc dấu của q: D 1 |q| . 4 r 2 Ta bao q bởi mặt kín S, điện thông qua diện tích vi phân dS bằng: q d 0  .d (1-36) 4 b) Từ đó, ta tính điện thông qua mặt kín S bao quanh q là: q (1-37) e   de   d S 4 S Theo (1-35) ta tính (1-37) biết điện thông e qua mặt kín S bao quanh q bằng giá trị điện tích đó: e= q (1-38) 8/10/2015 20