Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 6: Trường tĩnh điện

Chia sẻ: Hứa Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 6: Trường tĩnh điện cung cấp cho người học các kiến thức về: điện tích, đường sức điện trường, định lý Gauss về tĩnh điện, điện thế, tính chất thế của trường tĩnh điện,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 6: Trường tĩnh điện

CHƯƠNG VI TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN
I. Điện tích • Thực nghiệm đã các nhận trong tự nhiên chỉ có hai loại điện tích dương và âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.Điện tích nguyên tố là điện tích nhỏ nhất đã được biết trong tự nhiên, có độ lớn e = 1,6.10-19C. Proton mang điện tích nguyên tố dương, còn electron mang điện tích nguyên tố âm. • Vật mang điện tích dương hay âm là do vật đó đã mất đi hay nhận thêm electron so với lúc vật không mang điện. Điện tích mang bởi một vật có cấu tạo gián đoạn nó luôn là số nguyên lần điện tích nguyên tố.
1.Sự phân bố điện tích: Trong phần lớn các hiện tượng vĩ mô, các điện tích được coi như phân bố liên tục trong không gian mà không để ý đến tính gián đoạn của chúng. dQ a) Mật độ điện tích dài:   dl dQ b) Mật độ điện tích mặt:   dS dQ c) Mật độ điện tích khối:   d 2. Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích trong một hệ cô lập là không đổi.
II. Định luật Coulomb: là định luật về tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên.  q1q2  e M F N  F F 12  k e 21 21 e12 12 2 12 r 2 ĐT trái dấu q2  q1q2  F21 F12 F 21  k 2 e21 2 ĐT cùng dấu r 2 C  12  0  8 ,86 . 10 2 , hay ( F / m ) N .m 2 1 9 N .m k  9 .10 2 4 0 C q1 q 2 Độ lớn F12  F21  k 2 r
II. Điện trường 1.Khái niệm về ĐT: bất kỳ một vật mang điện nào đứng yên cũng tạo ra trong khoảng không gian xung quanh nó một dạng vật chất gọi là trường tĩnh điện hay gọi tắt là điện trường. Một tính chất cơ bản của điện trường là mọi điện tích đặt trong điện trường đều bị điện trường đó tác dụng lực.
2. Vectơ cường độ điện trường a) ĐN: Vectơ CĐĐT tại điểm M trong ĐT F E q0 F là lực tác dụng lên điện tích thử q0 đặt tại M Vectơ CĐĐT là đại lượng đặc trưng cho ĐT về mặt tác dụng lực, đơn vị là V/m hoặc N/C
b) Vectơ CĐĐT gây bởi một điện tích điểm Xác định vectơ CĐĐT do điện tích điểm q gây ra tại điểm M cách nó r. Ta tưởng tượng đặt tại M một điện tích thử q0. Lực tác dụng của điện tích q lên điện tích q0 là:    kqq   F kq  er 0 F  er , E   2 er   r 2 q M q0  r er là vectơ đơn vị hướng từ điện tích q đến M E k q q>0 M Cường độ ĐT: E  2 E r q
c) Vectơ CĐĐT gây bởi hệ điện tích điểm q1 , q2 ,..,qi , …. E   Ei i
d) Trường hợp hệ điện tích phân bố liên tục (vật mang điện) Chia vật mang điện thành các phần tử VCB mang điện tích dq coi như điện tích điểm.  Gọi d E là vectơ CĐĐT gây bởi điện tích dq tại điểm xét kdq r dE  2 r r  r là bán kính vectơ hướng từ dq đến điểm xét Vectơ CDĐT do toàn bộ vật gây ra tại điểm xét E dE VMĐ
4. Ứng dụng NgLýCCĐT a) Điện trường của một Lưỡng cực điện LCĐ là một hệ hai điện tích điểm có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu +q và –q, cách nhau một đoạn l rất nhỏ so với khoảng cách từ LCĐ tới những điểm đang xét của trường. Vectơ mômen lưỡng cực điện được định nghĩa:   pe  ql l là vectơ hướng từ -q đến +q và có độ dài bằng l. Tính vectơ cường độ điện trường tại điểm A nằm trên trục LCĐ và điểm B nằm trên đường trung trực của LCĐ cách LC một đoạn r >> l
Giải: Theo NLCCĐT: E  E  E Tại điểm A, ta có EA  E  E Gọi r là khoảng cách từ A đến tâm O của LC     B k q q  α EA     l 2  l 2 r1 r r2 r   r    α A  2  2  -q O +q
 2 2 l  l  r     r    kq   2  2      l  2  l  2   r   r      2  2   Vì r >> l/2 nên: k 2 ql 2 kp e EA  3  3  r r
Tại điểm B, ta có r1 = r2 nên: kq E  E  2 r1  Theo qui tắc tổng hợp vectơ ta thấy song song E và ngược chiều với l nên: E = E+cosα + E-cosα l kql Trong đó: cos   E 3 2 r1 r1 2 2 l Vì r >> l nên: r1  r   r kql kp 4 Do đó: E  e r 3 r 3 k pe Vì E  l nên có thể viết: E   r 3
b) Điện trường gây bởi một sợi dây thẳng tích điện đều mật độ điện dài λ > 0 tại điểm cách sợi dây một đoạn là a.
Trên sợi dây ta lấy một phần tử chiều dài dy VCB cách chân của đường thẳng góc MH một khoảng bằng y, mang điện tích dq = λdy kdq k  dy dE  2  r r 2 y r H α( M a x E   d E   d Ex  d Ey ( E x   d E x  Ex   dEx   dE.cos E y   d E y  Ey   dEy   dE.sin
a r ; y  atg   cos  a k dy  d   dE  d 2 a cos  2 k k Ex   cos  d   (sin  1  sin  2 )  a 1 a 2 k k Ey  sin  d   (cos   cos  )  a 1 1 2 a
* Trường hợp H nằm ngoài đoạn dây: 2 k k Ex   cosd  (sin2  sin1) a 1 a 2 k k Ey   sind  (cos1  cos2 ) H M a 1 a * Trường hợp hai đầu dây dài ra vô cùng: 2 k E x  a E y  0
c) Điện trường gây bởi một sợi dây thẳng tích điện đều mật độ điện dài λ > 0 tại điểm nằm trên đường kéo dài của sợi dây và cách đầu gần nhất của sợi dây một đoạn là a.
Chọn gốc tại M, ta lấy một phần tửVCB dx có tọa độ x bất kỳ mang điện tích dq = λdx xem như điện tích điểm, vectơ CĐĐT do phần tử này gây ra tại M có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn x kdq k  dx a dE  2  2 L M x x   k a L dx E   d E  E   dE   2  a x k  1 1  E     a aL
d) Một đoạn dây thẳng tích điện đều với mật độ điên dài λ được uốn thành một cung tròn AB tâm O bán kính R với góc mở  0 .Xác định vectơ CĐĐT tại tâm O của cung