intTypePromotion=1

Bài giảng Vật lý đại cương: Chương 2 và chương 3

Chia sẻ: Nguyen Thi Thanh | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:35

0
163
lượt xem
11
download

Bài giảng Vật lý đại cương: Chương 2 và chương 3

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 2 vật dẫn, chương 3 điện môi là những nội dung chính trong bài giảng "Vật lý đại cương". Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng để nắm bắt nội dung chi tiết, với các bạn đang học chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương: Chương 2 và chương 3

  1. Chương 2: VẬT DẪN    §1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện. Tính chất  của vật dẫn mang điện    §2. Hiện tượng điện hưởng    §3. Điện dung của vật dẫn cô lập    §4. Hệ vật dẫn tích điện cân bằng – Tụ điện    §5. Phương pháp ảnh điện    §6. Năng lượng điện trường 10/14/15 1
  2. §1. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN. TÍNH CHẤT CỦA VẬT DẪN MANG ĐIỆN 1.1. Điều kiện cân bằng của vật dẫn kim loại Đối  với  vật  dẫn  mang  điện,  tại  mọi  điểm  bên  trong  lòng  vật  dẫn,  điện  trường  bằng  0,  còn  trên  bề  mặt  vật  dẫn,  điện  trường  luôn vuông góc với bề mặt vật dẫn. ĐIỀU KIỆN GIẢI THÍCH uur Véctơ  cường  độ  điện  trường  trong  lòng  Etr =0 vật dẫn tại mọi điểm phải bằng 0. Trên mặt vật dẫn, thành phần tiếp tuyến  uur r uur của  véctơ  cường  độ  điện  trường  bằng  0  Et =0 và  E = En và điện trường tổng hợp bằng thành phần  pháp tuyến. 10/14/15 2
  3. §1 ­ 1.2. Tính chất của vật dẫn mang điện ­ Vật dẫn cân bằng điện tích là một khối đẳng thế. Bề mặt vật  dẫn lúc đó là một mặt đẳng thế. ­ Điện tích Q mà ta tích cho vật dẫn được phân bố hoàn toàn trên  bề mặt vật dẫn, bên trong lòng vật dẫn điện tích bằng 0. Đối với  vật dẫn rỗng, khi đã cân bằng tĩnh điện, điện trường trong phần  rỗng và phía bên trong vỏ kim loại của nó đều bằng 0. ­  Phân  bố  điện  tích  trên  bề  mặt  vật  dẫn  phụ  thuộc  vào  hình  dạng  bề  mặt  vật  dẫn.  Điện  tích  sẽ  tập  trung  vào  phần mũi nhọn và ít tập trung  ở phần lõm của vật. H2.1. Điện tích tập trung ở phần mũi c nhiều  hơn ở b và ở a điện tích tập trung ít nhất. 10/14/15 3
  4. §2. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG 2.1. Hiện tượng điện hưởng. Định lý các phần tử tương ứng Hiện tượng các điện tích cảm  ứng xuất hiện trên vật dẫn (lúc  đầu không mang điện) khi đặt nó trong điện trường ngoài gọi là  hiện tượng điện hưởng. ++ ­  Định  lý  các  phần  tử  tương ứng: “Điện  tích  cảm  ứng  trên  các  phần  tử  tương  ứng  có  độ  lớn  bằng  nhau và trái dấu”. Δq= Δq’ H2.2.Hiện tượng điện hưởng xảy ra trên vật  dẫn BC khi đặt nó vào trong điện trường của  quả cầu tích điện dương A. 10/14/15 4
  5. §2 ­ 2.2. Điện hưởng một phần và điện hưởng toàn phần a. Hiện tượng điện hưởng một phần Trong H2.2 chỉ có một số đường cảm  ứng điện từ A qua được  BC, còn số lớn đi ra xa vô cực. Nếu gọi q’ là điện tích cảm  ứng  xuất hiện trên vật BC và q là điện tích trên quả cầu A, ta có: q’
  6. §2 ­ 2.2. Điện hưởng một phần và điện hưởng toàn phần b. Hiện tượng điện hưởng toàn phần Hiện  tượng  điện  hưởng  mà  điện  tích  cảm  ứng  bằng  độ  lớn  điện  tích  trên  vật  mang  điện  gọi  là  hiện  tượng  điện  hưởng toàn phần (H2.3) q’=q H2.3.Hiện tượng điện hưởng toàn phần 10/14/15 6
  7. §3. ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CÔ LẬP Khi truyền điện tích Q cho vật dẫn cô lập A, Q sẽ phân bố trên  bề mặt A, sao cho điện trường bên trong A bằng 0. Thực nghiệm  cho thấy: Q = CV Trong đó, hệ số tỉ lệ C được gọi là điện dung của vật dẫn, phụ  thuộc  vào  hình  dạng,  kích  thước  và  tính  chất  cách  điện  của  môi  trường bao quanh A. 1Culong Trong hệ SI, đơn vị của điện dung là Fara (F): 1Fara = 1Von 1F  là  một  đơn  vị  rất  lớn  (Quả  cầu  kim  loại  có  bán  kính  bằng  1500 lần bán kinh Trái Đất mới có điện dung 1F), nên trong thực  tế người ta sử dụng các ước của F như μF, nF, pF. 10/14/15 7
  8. §4. HỆ VẬT DẪN TÍCH ĐIỆN CÂN BẰNG – TỤ  ĐIỆN 4.1. Điện dung và hệ số điện hưởng Khi có 3 vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng, giá trị điện tích  và hiệu điện thế của chúng liên hệ với nhau theo công thức: q1 = C11V1 + C12V2 + C13V3 q2 = C21V1 + C22V2 + C23V3 q3 = C31V1 + C32V2 + C33V3 Các hệ số C11, C22, C33 gọi là điện dung, còn C12, C13,…,C32  gọi là các hệ số điện hưởng với tính chất: Cii > 0 và Cik = Cki (i, k = 1, 2, 3). 10/14/15 8
  9. §4 ­ 4.2. Tụ điện Tụ điện là hệ hai vật dẫn A, B sao cho vật dẫn B bao bọc hoàn  toàn vật dẫn A (A, B gọi là 2 cốt hay 2 bản mặt của tụ điện). Gọi  q1 là điện tích trên cốt A của tụ và q2 là điện tích trên cốt B của  tụ, ta có các tính chất sau: Tính chất 1:                               q1 + q2 = 0 2 cốt của tụ điện  ở trạng thái điện hưởng toàn phần, điện tích  xuất hiện trên 2 mặt có giá trị bằng nhau và trái dấu. Tính chất 2:       q1 = C(V1 – V2)  và  q2 = –C(V1 – V2)  Trong đó, C là điện dung của tụ điện; V1, V2 là điện thế trên 2  cốt của tụ. 10/14/15 9
  10. §4 ­ 4.2. Tụ điện Tính chất 3:  Nếu q1 > 0, giá trị q = q1 = –q2 gọi là điện tích  của tụ điện, như vậy, q = CU (với U = V1 – V2 là hiệu điện thế  giữa 2 bản tụ). §4 ­ 4.3. Điện dung của một số loại tụ điện a. Tụ điện phẳng Q ε 0ε S C= = V1 ­ V2 d b. Tụ điện cầu ε 0ε S C= (               Q 4πε 0ε R1 R2 d khi d=R1 – R2 rất  C= = S = 4 π R 2 nhỏ so với R1, và                       1 V1 ­ V2 R1 ­ R2 là diện tích của các mặt cầu). 10/14/15 10
  11. §4 ­ 4.3. Điện dung của một số loại tụ  điện c. Tụ điện trụ Q 2πε 0ε l R1 ε 0ε S C= = = V1 ­ V2 d d Trong đó, l là chiều cao của trụ và khoảng cách d giữa 2 mặt trụ  rất nhỏ so với bán kính của trụ. Như  vậy,  điện  dung  của  tụ  điện  bất  kỳ  nói  chung  là  tỷ  lệ  thuận với diện tích S của 2 bản tụ và hằng số điện môi  ε  của  chất lấp đầy không gian giữa chúng và tỷ lệ nghịch với khoảng  cách d giữa hai bản mặt. 10/14/15 11
  12. §4 ­ 4.4. Một số loại tụ điện dùng trong kĩ thuật +  Tụ  điện  giấy  (hoặc  tụ  điện  mica):  Gồm  2  hệ  thống  lá  kim  loại được nệm tấm parafin (hoặc mica) đặt xen kẽ nhau liên tiếp.  Khoảng cách giữa các bản tụ d của tụ giấy nhỏ, nên tụ có thể đạt  điện dung tới 10­2μF với điện thế đánh thủng cỡ vài trăm Vôn. + Tụ điện không khí có điện dung thay đổi được:  Gồm 2 hệ  thống lá kim loại đặt xen kẽ nhau, một hệ thống được cố định, hệ  thống còn lại có thể quay quanh một trục cố định nhằm thay đổi  diện tích S giữa 2 bản tụ điện. Tụ điện loại này đặt trong không  khí và dùng nhiều trong thu thanh. (tụ xoay­núm bắt sóng radio) + Tụ điện điện phân  (còn gọi là  tụ hóa): Gồm một bản bằng  nhôm  có  phủ  lớp  nhôm  ôxít  rất  mỏng  được  tạo  thành  nhờ  điện  phân,  bản  còn  lại  của  tụ  là  dung  dịch  chất  điện  phân  và  lớp  vỏ  đựng  dung  dịch.  Nhờ  lớp  nhôm  ôxít  rất  mỏng  nên  tụ  hóa  có  thể  đạt điện dung rất lớn cỡ 10­2F. 10/14/15 12
  13. §5. PHƯƠNG PHÁP ẢNH ĐIỆN Cơ sở lý thuyết:  “Nếu ta thay một mặt đẳng thế nào đó trong  điện trường bằng một vật dẫn có cùng hình dạng và cùng điện  thế với mặt đẳng thế đang xét, thì điện trường ở ngoài vật dẫn  ấy không thay đổi”. ­  Lực  tương  tác  giữa  điện  tích  điểm  và  mặt  phẳng  kim  loại  rộng  vô  hạn  (H2.4): Ta thấy mặt phẳng được đặt trùng với  mặt đẳng thế nằm chính giữa 2 điện tích  điểm q và q’ = –q, nên lực tương tác giữa  điện  tích  điểm  q  và  mặt  phẳng  kim  loại  đúng bằng lực tương tác giữa 2 điện tích  điểm q và q’: 2 1 q F= . 4πε 0 ε (2 d) 2 H2.4.Phương pháp ảnh điện 10/14/15 13
  14. §5.Phương pháp ảnh điện ­ Điện dung của dây dẫn hình trụ bán kính R, mang điện dương,  đặt song song và cách mặt đất đoạn là h (H2.5): Tương  tự  như  trên,  hệ  dây  dẫn  mặt  đất  có  tính  chất  tương  tự  như  hệ  2  dây  dẫn  hình  trụ  song  song  tích  điện  trái  dấu  nhận  mặt  đất  làm  mặt  đối  xứng(H2.5).  Cường  độ điện trường tại một điểm cách dây dẫn  mang  điện  dương  một  đoạn  x  được  tính  bởi: Q Q E= + 2 πε 0 ε lx 2 πε 0 ε(2 h­ x) 2 h­R Q 2h V1 ­ V2 = Edx = ln R πε 0 ε l R Q πε 0 ε H2.5.Điện dung theo  C= = phương pháp ảnh điện V1 ­ V2 ln(2 h/ R ) 10/14/15 14
  15. §6. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 6.1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm Năng lượng tương tác của 2 điện tích q1 và q2: 1 q1 q 2 1 q 2q1 1 � q 2 � 1 � q1 � W12 = W21 = = = q1 � + q2 � � � 4 πε 0 ε r12 4 πε 0 ε r21 2 �4 πε 0ε r12 � 2 4 πε ε � 0 21 �r q2 q1 Thay                          và                           là đi V1 = V2 = ện thế, ta có: 4 πε 0 ε r12 4 πε 0 ε r21 1 W12 = W21 = ( q 1 V1 + q 2 V2 ) 2 Khi có hệ n  điện tích q1, q2,…  qn,  ta có  năng lượng  tương tác  tĩnh điện của hệ là: n 1 W= q i Vi 2 i =1 10/14/15 15
  16. §6 ­ 6.2. Năng lượng điện của một vật dẫn tích điện cô lập Ta  chia  vật  thành  những  phần  tử  nhỏ  có  điện  tích  dq,  năng  lượng điện tích của vật dẫn là: 1 1 1 W= �Vdq = V � dq = qV 2 2 2 (Do vật dẫn tích điện cân bằng nên V=const, và tích phân dq trên  toàn vật chính là điện tích q của vật). Từ công thức q=CV, nên năng lượng điện của vật dẫn tích điện  cô lập được tính theo công thức: 1 1 2 1 q2 W = qV= CV = 2 2 2 C 10/14/15 16
  17. §6 ­ 6.3. Năng lượng tụ điện Tụ điện gồm 2 vật dẫn tích điện cân bằng với: + Điện tích q=q1= –q2; + Hiệu điện thế giữa 2 bản tụ U=V1 – V2 Áp  dụng  công  thức  năng  lượng  của  hệ  điện  tích  điểm  cho  tụ  điện, năng lượng của tụ được tính theo công thức: 1 1 1 W = ( q 1 V1 + q 2 V2 ) = q(V1 ­ V2 ) = qU 2 2 2 Vậy, năng lượng của tụ điện là: 2 1 1q 1 2 W = qU= = CU 2 2 C 2 10/14/15 17
  18. §6 ­ 6.4. Năng lượng điện trường ε 0ε S C= Thay điện dung của tụ                     vào biểu thức năng lượng  của tụ, ta được: d 1 ε 0ε S 2 � 1 � W= U = � ε 0ε E2 � ( Sd ) 2 d �2 � (với Sd=V là thể tích không gian giữa các bản mặt, tức là không  gian tồn tại điện trường trong tụ). Năng  lượng  W  của  tụ  là  năng  lượng  điện  trường  chứa  trong  miền thể tích V của tụ. Như vậy, mật độ năng lượng điện trường  của tụ điện là: W 1 We = = ε 0ε E2 V 2 Kết quả này cũng đúng cho điện trường bất kỳ. 10/14/15 18
  19. Chương 3: ĐIỆN MÔI    §1. Sự phân cực của chất điện môi    §2. Véctơ phân cực điện môi    §3. Điện trường tổng hợp trong điện môi    §4. Đường sức điện trường và đường cảm  ứng điện qua ranh giới phân cách 2 điện môi    §5. Điện môi đặc biệt 10/14/15 19
  20. §1. SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI 1.1. Hiện tượng phân cực điện môi a) Khái niệm chất điện môi   Chất điện môi là những chất không có các hạt mang điện tự  do.  b) Sự phân cực trong chất điện môi H3.1.Hiện tượng phân cực điện môi Thanh  điện  môi  khi  đặt  trong  điện  trường  mạnh  thì  hai  đầu  thanh  điện  môi  xuất  hiện  điện  tích  trái  dấu  nhau  (H3.1).  Điện  tích xuất hiện ở đâu thì chỉ định xứ ở chỗ đó chứ không dịch  chuyển tự do được, chúng được gọi là những điện tích liên kết.
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2