Bài giảng Vật lý đại cương (PGS.TS Đỗ NGọc Uấn) - Chương 2. Vật dẫn

Chia sẻ: Nguyễn Duy Tuấn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

336
lượt xem 98
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy phát tĩnh điện WandeGraf - Hiệu ứng mũi nhọn, gió điện: Giải phóng điện tích trên máy bay, phóng điện bảo về máy điện, cột thu lôi. Hiện tượng điện hưởng là hiej tượng các điện tích cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn (lúc đầu không tích điện) khi dặt trong điện trường ngoài.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương (PGS.TS Đỗ NGọc Uấn) - Chương 2. Vật dẫn

Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
Ch−¬ng II VËt dÉn Kim lo¹i: h¹t dÉn lμ c¸c ®iÖn tö tù do
1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn, TÝnh chÊt cña vËt dÉn mang ®iÖn 1.1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn: VÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng trong vËt dÉn r E tr = 0 b»ng kh«ng:
Thμnh phÇn tiÕp tuyÕn cña vÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng trªn bÒ mÆt vËt dÉn b»ngrkh«ng: r r Et = 0 E = En 1.2. TÝnh chÊt cña vËt dÉn mang ®iÖn .M r .N E tr = 0 x VËt dÉn lμ vËt ®¼ng thÕ r r Nr r N VM − VN = ∫ Ed s = ∫ E t d s = 0 M M
y §iÖn tÝch chØ ph©n bè trªn bÒ mÆt cña vËt dÉn bªn trong vËt dÉn ®iÖn tÝch b»ng r 0 rr r r S ∑ q i = ∫ D dS = 0 v× D = ε 0 εE = 0 E ∑ qi S z VÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng lu«n vu«ng gãc víi bÒ mÆt vËt dÉn. r 1.3 øng dông E=0 Lång Faraday M¸y ph¸t tÜnh ®iÖn WandeGraf HiÖu øng mòi nhän, giã ®iÖn: Gi¶i phãng ®iÖn tÝch trªn m¸y bay, phãng ®iÖn b¶o vÖ m¸y ®iÖn, cét thu l«i
Δq’ S 2. HiÖn t−îng ®iÖn h−ëng -- - -+ A lóc ®Çu kh«ng tÝch ®iÖn B tÝch ®iÖn ©m ®−îc ®−a gÇn A - A + - B - - + Δq - - ...lμ hiÖn t−îng c¸c ®iÖn tÝch - c¶m øng xuÊt hiÖn trªn vËt dÉn (lóc ®Çu kh«ng tÝch ®iÖn) khi ®Æt trong ®iÖn tr−êng ngoμi r r r E tr = E ng + E 0 = 0 rr Φ e = ∫ D dS = Δ q + Δ q ' = 0 r E ng S Δq ' = − Δ q r+ - E0 + - | Δq |=| Δq ' | + - §L vÒ c¸c phtö t−¬ng øng: ®iÖn tÝch c¶m øng trªn c¸c phtö t−¬ng øng cã gi¸ trÞ b»ng nhau
§iÖn h−ëng mét phÇn vμ ®iÖn h−ëng toμn phÇn A mang ®iÖn tÝch, B chÞu ®iÖn h−ëng + q + − − + §iÖn h−ëng toμn phÇn q’= q ++ − q’ +B −+A + − + + − + §iÖn h−ëng mét phÇn q’< q − − −+ + Q V + R 3. §iÖn dung cña vËt dÉn c« lËp Q~V => Q=CV Q C= C - HÖ sè tû lÖ gäi lμ ®iÖn dung V V=1 => C=Q cã gi¸ trÞ b»ng ®iÖn tÝch cÇn truyÒn cho vËt ®Ó ®iÖn thÕ cña nã t¨ng thªm 1 ®¬n vÞ
1Culong 1Fara = 1Von CÇu KL b¸n kÝnh R, Q=1, V=1, C=1F Q V= 1 1 ⇒R= = = 9.10 ( m ) 4πε 0 εR 9 4πε 0 ε 4π.8,86.10 −12
GÊp 1500 lÇn b¸n kÝnh tr¸i ®Êt! 4. HÖ vËt dÉn tÝch ®iÖn c©n b»ng, tô ®iÖn 4.1. §iÖn dung vμ hÖ sè ®iÖn + q- V1 1 h−ëng + 1-- q2V2 - +- HÖ ba vËt dÉn 1, 2, 3: +2 - +- §iÖn tÝch q1, q2, q3 qV 3 - 3 3+ §iÖn thÕ t−¬ng øng: V1, V2, V3
Cik ®èi xøng q1=C11V1+C12V2+C13V3 C11 C12 C13 Cik = C21 C22 C23 q2=C21V1+C22V2+C23V3 C31 C32 C33 q3=C31V1+C32V2+C33V3 Ci=k §iÖn dung; Ci≠k hÖ sè ®iÖn h−ëng cã tÝnh t−¬ng hç nªn Cik = Cki. NÕu cã n vËt dÉn th× i,k=1, 2,...,n. 4.2. Tô ®iÖn: Gåm hai vËt dÉn cã S + q1 t−¬ng t¸c ®iÖn h−ëng toμn phÇn +− − + a. TÝnh chÊt I: q1+q2=0 q +B − + + − +A + − rr − + + −+ 2 ∫ D dS = q 1 + q 2 = 0 +−− q2’ + S ++
q1=C(V1-V2) b.TÝnh chÊt II: q2=-C(V1-V2) C lμ ®iÖn dung cña tô ®iÖn;q1>0 ,C>0=>V1>V2 Chøng minh: Nèi vá ngoμi B víi ®Êt q2’=0 : q1=C11V1+C12V2 q1=C11V1+C12V2 q2=C21V1+C22V2 -q1=C21V1+C22V2 (C11+C21)V1+(C12+C22)V2=0 C11=-C21 vμ C22=-C12 C11 =C22 = C vμ C21 = C12=-C U hiÖu ®iÖn c.TÝnh chÊt III: q = q1=- q2 thÕ gi÷a 2 b¶n cùc tô q = C(V1-V2)=CU
+Q + - -Q a.Tô ®iÖn ph¼ng σ.d U = V1 − V2 = E.d = + d- S ε 0 εS ε 0 ε σ.d S Q.d ⇒C= U= = +- ε 0 ε S ε 0 εS d +- b. Tô ®iÖn cÇu Q 1 1 U = V1 − V2 = − R2 ( ) 4 πε 0 ε R 1 R 2 R1 Q ε 0 ε 4 πR 1 R 2 ⇒C= = R 2 − R1 V1 V2 U c. Tô ®iÖn trô R2 Q U = V1 − V2 = R1 ln 2πε 0 εl R 1 l R2 Q ε 0 ε 2 πl ⇒C= = R2 U ln R 1
R 2 − R1 R 2 − R1 d R2 = ln(1 + )≈ = ln R1 R1 R1 R ε 0 ε2πl.R ε 0 εS ⇒C= = d d
§iÖn dung C cña tô ®iÖn bÊt kú ~ thuËn ε & S vμ ~ nghÞch d. d. Mét sè lo¹i tô ®iÖn ®ang sö dông •Tô ®iÖn kh«ng khÝ thay ®æi ®−îc ®iÖn dung •Tô ®iÖn giÊy, Kim lo¹i kim lo¹i GiÊy c¸ch ®iÖn®iÖn GiÊy c¸ch tô dÇu Kim lo¹i GiÊy c¸ch ®iÖn
- + Al •Tô ®iÖn ho¸ (®iÖn ph©n) C ~ 100μF, U ~ 40V, Ph©n cùc Al2O3 cì 2μm Dung dÞch lo·ng bicab«nat phèt phat 5. N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng 5.1. N¨ng l−îng t−¬ng t¸c cña mét hÖ ®iÖn tÝch ®iÓm 1 q1q 2 W= 4πε 0 ε r HÖ 2 ®iÖn tÝch ®iÓm q1 vμ q2 q2 q1 1 1 r12 = r21 = r ⇒ W = q1 + q2 2 4πε 0 εr21 2 4πε 0 εr12 1 W = (q1V1 + q 2 V2 ) 2
HÖ n ®iÖn tÝch ®iÓm q1, q2...,qn 1n 1 W = (q1V1 + q 2 V2 + ... + q n Vn ) = ∑ q i Vi 2 2 i =1 5. 2. N¨ng l−îng ®iÖn cña mét vËt dÉn c« lËp tÝch ®iÖn 1 1 1 W = ∫ dqV = V ∫ dq = qV Chia vËt dÉn 2 2 2 thμnh c¸c ®iÓm 1 q2 1 1 W = qV = CV 2 = ®iÖn tÝch dq 2C 2 2 5. 3. N¨ng l−îng cña tô ®iÖn HÖ n vËt dÉn cã q1, q2...,qn 1n W = ∑ q i Vi vμ ®iÖn thÕ t−¬ng øng V1, V2...,Vn 2 i=1
Tô ®iÖn - hÖ 2 vËt dÉn 1 W = (q1V1 + q 2 V2 ) 2 1 1 W = q( V1 − V2 ) = qU q1=- q2 2 2 1 q2 1 1 W = qU = = CU 2 2C 2 2 5.4. N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng Tô ®iÖn cã thÓ tÝch kho¶ng gi÷a 2b¶n ΔV=S.d 1 ε 0 εS 2 d 1 ε 0 εS W= = ε 0 εE Δ V C= 2 U 2d d2 d MËt ®é n¨ng l−îng ®iÖn tr−êng: W1 ϖe = = ε 0 εE 2 ΔV 2
§iÖn tr−êng mang n¨ng l−îng: n¨ng l−îng nμy ®Þnh xø trong kh«ng gian ®iÖn tr−êng. MËt ®é n¨ng l−îng ®iÖn tr−êng t¹i mét ®iÓm: 2 1 1D 1 ϖ e = ε 0 εE = = DE 2 2 ε0ε 2 2 N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng trong kh«ng gian V 1 W = ∫ ϖ e dV = ∫ DEdV 2V V