BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
TRÖÔØNG ÑẠI HỌC ÑAØ LAÏT
TS. LÖU THEÁ VINH
ÑIEÄN TÖØ HOÏC
Ñaø Laït 2006
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
TRÖÔØNG ÑẠI HỌC ÑAØ LAÏT
TS. LÖU THEÁ VINH
ÑIEÄN TÖØ HOÏC
Ñaø Laït 2006
- 2 - ÑIEÄN TÖØ HOÏC
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Giaùo trình “ Ñieän töø hoïc” ñöôïc bieân soaïn theo chöông trình khung cuûa
Boä Giaùo duïc & Ñaøo taïo ban haønh naêm 2004 daønh cho heä ñaøo taïo cöû nhaân Vaät
lyù, döïa vaøo caùc baøi giaûng maø taùc giaû ñaõ trình baøy cho sinh vieân khoa Vaät lyù
tröôøng Ñaïi hoïc Ñaø laït trong nhöõng naêm gaàn ñaây vaø döïa vaøo cuoán giaùo trình
Ñieän hoïc maø taùc giaû ñaõ vieát naêm 1987. Ñeå giuùp cho sinh vieân deã daøng naém
baét ñöôïc caùc vaán ñeà coát loõi cuûa kieán thöùc veà ñieän töø hoïc, taøi lieäu ñöôïc trình
baøy ngaén goïn, xuùc tích, chuù troïng nhieàu ñeán baûn chaát vaät lyù cuûa hieän töôïng
maø khoâng ñi saâu vaøo moâ taû caùc quaù trình thöïc nghieäm cuõng nhö nhöõng minh
hoïa keøm theo (sinh vieân coù theå tìm ñoïc trong caùc taøi lieäu tham khaûo). Nhöõng
tính toaùn lyù thuyeát trong giaùo trình söû duïng caùc kieán thöùc toaùn hoïc giaûi tích toái
thieåu maø sinh vieân ñaõ ñöôïc trang bò trong caùc hoïc phaàn veà toaùn hoïc. Caùc ví duï
trong saùch ngoaøi vieäc minh hoïa öùng duïng caùc ñònh luaät coøn nhaèm muïc ñích
reøn luyeän kyõ naêng tính toaùn, cuûng coá kieán thöùc vaø khaû naêng giaûi quyeát caùc baøi
toaùn thöïc tieãn. Noäi dung giaùo trình ñöôïc chuaån bò cho 5 ñôn vò hoïc trình töông
öùng vôùi 75 tieát leân lôùp, trong ñoù coù 60 tieát lyù thuyeát vaø 15 tieát baøi taäp. Noäi
dung baøi taäp sinh vieân seõ ñöôïc trang bò trong caùc saùch baøi taäp rieâng.
Giaùo trình laø taøi lieäu hoïc taäp cho sinh vieân khoa Vaät lyù, ñoàng thôøi coù theå
söû duïng ñeå tham khaûo cho sinh vieân caùc ngaønh kyõ thuaät khi hoïc chöông trình
Vaät lyù ñaïi cöông.
Ñaø laït, 2006
TAÙC GIAÛ
ÑIEÄN TÖØ HOÏC - 3 -
Chöông 1.
ÑIEÄN TRÖÔØNG TRONG CHAÂN KHOÂNG
§ 1.1. ÑIEÄN TÍCH, ÑÒNH LUAÄT BAÛO TOAØN ÑIEÄN TÍCH
VAÄT DAÃN ÑIEÄN VAØ VAÄT CAÙCH ÑIEÄN
I. Khaùi nieäm ñieän tích, ñieän tích nguyeân toá.
- Caùc hieän töôïng veà söï nhieãm ñieän ñaõ ñöôïc bieát ñeán töø thôøi coå xöa,
chuùng cho thaáy moät vaøi tính chaát ñieän cuûa vaät chaát: Moät soá vaät lieäu (thuûy tinh,
eâboânít, … ) sau khi coï saùt vaøo loâng thuù coù theå huùt ñöôïc caùc vaät nheï. Ta noùi
chuùng ñaõ bò nhieãm ñieän.
- Töông taùc giöõa caùc vaät nhieãm ñieän cho thaáy trong töï nhieân toàn taïi 2
loaïi ñieän tích: ñieän tích döông vaø ñieän tích aâm. Caùc ñieän tích cuøng daáu thì ñaåy
nhau, khaùc daáu thì huùt nhau. Ñieän tích toàn taïi döôùi daïng caùc haït sô caáp mang
ñieän. Ñieän tích beù nhaát toàn taïi trong töï nhieân goïi laø ñieän tích nguyeân toá (kyù
hieäu laø e: elementary), coù giaù tri: (a)
e = 1,6 × 10 −19 C 1.1)
- Haït cô baûn mang ñieän tích nguyeân toá aâm laø electron: caáu thaønh voû
nguyeân töû.
- Haït cô baûn mang ñieän tích nguyeân toá döông laø proâton (p): laø moät trong
hai thaønh phaàn caáu taïo neân haït nhaân nguyeân töû.
- Haït cô baûn khoâng mang ñieän cuøng proâton caáu thaønh haït nhaân nguyeân
töû laø nôtroân (n) (tröø nguyeân töû Hydroâ).
- ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng nguyeân töû trung hoøa veà ñieän: soá proâtoân baèng
soá electroân. Khi nguyeân töû thu theâm electron noù trôû thaønh ioân aâm, ngöôïc laïi
khi nguyeân töû bò maát electron noù bieán thaønh ioân döông.
Moät vaät mang ñieän khi nguyeân töû cuûa noù thöøa hoaëc thieáu electron, hoaëc
do söï phaân boá laïi caùc ñieän tích chöùa trong vaät hoaëc trong caùc phaàn khaùc nhau
cuûa vaät (nhieãm ñieän do coï saùt, do tieáp xuùc, do höôûng öùng … ).
(a) Ñieän tích nguyeân toá laø moät trong caùc haèng soá vaät lyù quan troïng cuûa töï nhieân.Hieän
nay, khoa hoïc ñaõ bieát raèng caùc haït quark laø thaønh phaàn cuoái cuøng cuûa vaät chaát haït
nhaân. Chuùng mang caùc ñieän tích 3
/
2 hoaëc3
/
ee
±
±
. Nhöng caùc haït naøy (caùc
haït thaønh phaàn cuûa proâtoân vaø nôtroân) khoâng theå toàn taïi moät caùch rieâng bieät, neân
khoâng theå laáy chuùng laøm ñieän tích nguyeân toá.
Löu Theá Vinh
- 4 - ÑIEÄN TÖØ HOÏC
Ñieän tích cuûa moät vaät bao giôø cuõng baèng moät boäi soá nguyeân laàn ñieän
tích nguyeân toá e :
/q/ = ne, (n = 1, 2, 3 … ) (1.2)
II. Ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích.
Moïi hieän töôïng veà ñieän ñöôïc bieát cho ñeán nay ñeàu tuaân theo ñònh luaät
baûo toaøn ñieän tích: “Trong moät heä coâ laäp toång ñieän tích cuûa heä laø moät löôïng
baûo toaøn”.
III. Vaät daãn ñieän vaø vaät caùch ñieän.
Vaät daãn ñieän laø nhöõng vaät coù chöùa caùc haït tích ñieän (caùc electron, caùc
ioân aâm, ioân döông), caùc ñieän tích naøy coù theå di chuyeån deã daøng beân trong vaät.
Chaúng haïn trong kim loaïi, do caáu truùc cuûa nguyeân töû moät soá electron naèm ôû
lôùp ngoaøi cuøng lieân keát yeáu vôùi haït nhaân coù theå böùt ra khoûi nguyeân töû trôû
thaønh ñieän töû töï do. Caùc ñieän töû naøy coù theå chuyeån ñoäng töï do beân trong khoái
kim loaïi. Ta noùi kim loaïi laø vaät daãn ñieän. Trong chaát ñieän phaân caùc haït taûi
ñieän laø caùc ioân döông vaø caùc ioân aâm. v.v… .
Vaät caùch ñieän laø vaät maø trong noù khoâng chöùa caùc ñieän tích töï do.
§ 1.2. TÖÔNG TAÙC TÓNH ÑIEÄN, ÑÒNH LUAÄT COULOMB.
1. Ñieän tích ñieåm. Nhöõng vaät tích ñieän maø coù kích thöôùc nhoû hôn raát nhieàu
so vôùi khoaûng caùch giöõa chuùng.
2. Töông taùc tónh ñieän. Ñònh luaät Coulomb .
Thöïc nghieäm chöùng toû raèng: Caùc ñieän tích cuøng daáu thì ñaåy nhau, caùc
ñieän tích khaùc daáu thì huùt nhau. Naêm 1785 C. A. Coulomb baèng thöïc nghieäm
treân caân xoaén ñaõ tìm ra ñònh luaät töông taùc giöõa hai ñieän tích ñieåm q1 vaø q2
ñaët caùch nhau moät khoaûng r (Hình 1.1):
(1.3)
2
21
r
qq
kF =
Trong ñoù k laø heä soá tyû leä, coù giaù trò phuï thuoäc vaøo heä ñôn vò ño.
Trong heä CGSE : k =1
Trong heä SI :
0
4
1
πε
=k = 9.109 N. m2/ C2 (1.4)
Trong ñoù:
ε
0 = 8,86.10 –12 C2 / N. m2 : Haèng soá ñieän.
Bieåu dieãn caû veà phöông chieàu vaø ñoä lôùn: