Bài giảng Vật dẫn và điện môi - Lê Quang Nguyên

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật dẫn và điện môi" cung cấp cho người học các kiến thức về vật dẫn (Vật dẫn cân bằng, tụ điện, năng lượng điện trường), điện môi (sự phân cực điện môi, điện trường trong điện môi, định luật Gauss trong điện môi, điều kiện liên tục trên mặt phân cách,...). Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật dẫn và điện môi - Lê Quang Nguyên

Nội dung 1. Vật dẫn a. Vật dẫn cân bằng b. Tụ ñiện Vật dẫn & Điện môi c. Năng lượng ñiện trường 2. Điện môi a. Sự phân cực ñiện môi Lê Quang Nguyên b. Điện trường trong ñiện môi www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen c. Định luật Gauss trong ñiện môi nguyenquangle@zenbe.com d. Điều kiện liên tục trên mặt phân cách e. Các tính chất khác 1a. Vật dẫn cân bằng – Định nghĩa 1a. Vật dẫn cân bằng – Tính chất • Ngay khi vật dẫn ñược tích ñiện, các electron • Điện trường trong vật dẫn cân bằng thì bằng ñược thêm vào sẽ chuyển ñộng ra xa nhau do lực không. ñẩy tĩnh ñiện. • Điện trường trên bề mặt vuông góc với bề mặt và • Sau ñó chúng sẽ ngừng chuyển ñộng khi các có ñộ lớn cho bởi electron bị ñẩy ñến bề mặt vật dẫn. E = σ ε0 σ là mật ñộ ñiện tích trên bề mặt. • Vật dẫn ở trạng thái cân bằng khi các electron ngừng chuyển ñộng ñịnh hướng, hay nói cách • Tất cả các ñiện tích dư ñều nằm trên mặt ngoài khác, khi trong vật dẫn không còn dòng ñiện nữa. của vật dẫn. • Vật dẫn cân bằng là một vật ñẳng thế.
1a. Vật dẫn cân bằng – Minh họa 1a. Vật dẫn cân bằng – Vật dẫn rỗng Điện tích • Vật dẫn rỗng cân bằng Điện tích cảm ứng trên cũng có các tính chất của chỉ ở trên bề mặt vật dẫn ñặc. bề mặt • Tuy nhiên, nếu ñặt ñiện tích trong phần rỗng thì sẽ có một lớp ñiện tích cảm ứng trên bề mặt phần E = σ ε0 rỗng. • Điện trường trên bề mặt phần rỗng cũng vuông góc E=0 với nó và có ñộ lớn V = const E = σ ε0 1b. Tụ ñiện – Định nghĩa 1b. Tụ ñiện – Ví dụ • Tụ ñiện là hệ gồm hai vật dẫn Tụ ñiện phẳng Tụ ñiện trụ Tụ ñiện cầu Quả cầu cô lập tích ñiện bằng nhau và ngược dấu. −q, V− • Gọi q là ñiện tích của bản dương và ∆V = V+ − V− > 0 là hiệu ñiện thế giữa hai bản, ta E có: q = C∆V q, V+ A 2πε 0l 4πε 0 ab C = ε0 C= C= C = 4πε 0 a d ln(b / a ) b−a • C là ñiện dung của tụ ñiện, ño A: diện tích; bằng Farad (F). l: chiều cao; a, b: bán kính a: bán kính d: khoảng a, b: bán kính trong và ngoài quả cầu cách giữa hai bản trong và ngoài
1c. Năng lượng ñiện trường 1c. Năng lượng ñiện trường (tt) • Năng lượng tụ ñiện phẳng: • Năng lượng tĩnh ñiện ñược 1 1 “cất giữ” trong ñiện trường, uedV U e = q∆V = C∆V 2 với mật ñộ xác ñịnh bởi: 2 2 • Ta có: 1 ue = ε 0 E 2 A E 2 C = ε0 ∆V = Ed d • Suy ra: • Như vậy năng lượng của một ñiện trường bất kỳ lấp ñầy 1 A 1 (V) U e = ε 0 ( Ed ) = ε 0 E 2Ω một không gian (V) là: 2 2 d 2 1 • trong ñó Ω = Ad là thể tích Ω = Ad U e = ∫ ε 0 E 2 dV phần giới hạn giữa tụ ñiện. (V ) 2 2a. Sự phân cực ñiện môi 2a. Sự phân cực ñiện môi – Vectơ phân cực • Khi ñặt ñiện môi trong • Khi phân cực momen dipole trung bình của ñiện ñiện trường ngoài, các môi khác không. Momen dipole trung bình tính dipole trong ñó sẽ ñịnh − + − + trên một ñơn vị thể tích gọi là vectơ phân cực P. hướng theo chiều ñiện • Với các ñiện môi ñẳng hướng vectơ phân cực tỷ − + − + trường – ñó là hiện lệ với ñiện trường trong ñiện môi: tượng phân cực ñiện E0 − + − + môi. P = ε 0 χE • Khi phân cực, trên bề − + − + mặt ñiện môi sẽ xuất • χ > 0 là ñộ cảm ñiện (không có thứ nguyên). hiện các lớp ñiện tích liên kết.
2a. Sự phân cực ñiện môi – Điện tích liên kết 2b. Điện trường trong ñiện môi σb < 0 • Mật ñộ ñiện tích liên kết • Các ñiện tích liên kết tạo ra trên bề mặt ñiện môi xác ñiện trường ngược chiều, làm ñịnh bởi: n − +P − + cho ñiện trường trong ñiện − + − + môi nhỏ hơn ñiện trường Eb σb = P ⋅ n − + − + trong chân không. E0 • Nếu ñiện môi ñẳng hướng lấp E0 • P, n là vectơ phân cực và − + − + ñầy khoảng không gian giữa ñơn vị pháp tuyến trên bề n hai mặt ñẳng thế của ñiện − + − + P − + − + mặt; n ñược chọn hướng trường ngoài thì ñiện trường ra ngoài bề mặt. giảm ñi ε lần. • ε = χ + 1, là hằng số ñiện môi. σb > 0 2b. Điện trường trong ñiện môi – Ví dụ 2c. Định luật Gauss trong ñiện môi Mặt ñẳng Mặt ñẳng • Vectơ cảm ứng ñiện ñược ñịnh nghĩa là: thế của E0 thế của E0 D = ε0E + P • E là ñiện trường trong ñiện môi. • Với ñiện môi ñẳng hướng: E = E0/ε E0 E = E0/ε D = ε 0 E + ε 0 χE = ε 0 (1 + χ )E D = ε 0εE E0
2c. Định luật Gauss trong ñiện môi (tt) 2d. Điều kiện liên tục trên mặt phân cách • Định luật Gauss trong ñiện môi: • Thành phần pháp tuyến của n vectơ cảm ứng ñiện biến D2n D2 ∫ ⋅ ndS = Qin D (S ) ñổi liên tục. D1n = D2 n D1 D1n • Qin là ñiện tích tự do trong (S), không cần xét ñến các ñiện tích liên kết. • Thành phần tiếp tuyến của • Dạng vi phân: vectơ cường ñộ ñiện trường E2 biến ñổi liên tục. E1t t divD = ρ E1t = E2t E2t • ρ là mật ñộ ñiện tích tự do. E1 2e. Các tính chất khác • Khi khoảng giữa hai bản tụ ñiện ñược lấp ñầy bởi một ñiện môi ñẳng hướng thì ñiện dung của tụ ñiện tăng lên ε lần. • Mật ñộ năng lượng ñiện trường trong ñiện môi tăng lên ε lần 1 1 ue = ε 0εE 2 = E ⋅ D 2 2