Chương II: Vật Dẫn môn Vật lý đại cương 2| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VẬT LÝ VIỆN V Đ ẬT L Ạ Ý K IỸ TC HU ƯƠ ẬT
---------------ooo-------------- NG II PH1120
PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Hà
Mail: ha.nguyenthithanh1@hust.edu.vn Hà nội, 2023 PHẦN 2: ĐIỆN HỌC CHƯƠNG II: VẬT DẪN
2.1. Những tính chất của vật dẫn tích điện cân bằng. Điện dung của vật dẫn
2.2. Hiện tượng điện hưởng
2.3. Năng lượng điện trường 2 CHƯƠNG II: VẬT DẪN
2.1. Những tính chất của vật dẫn tích điện cân bằng. CHƯƠNG II: VẬT DẪN
2.1. Những tính chất của vật dẫn tích điện cân bằng. 4
2.1. Những tính chất của vật dẫn tích điện cân bằng.
2.1. Những tính chất của vật dẫn tích điện cân bằng. CHƯƠNG II: VẬT DẪN
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2.1. Hiện tượng điện hưởng. Sxq S S’ + ++ ++ - + O + -- + ++ q’ + q A BC qA= q> 0 qB= -q’ < 0 qC= q’ > 0
q’ : điện tích cảm ứng
Hiện tượng điện hưởng là hiện tượng xuất hiện các điện tích cảm ứng
trên bề mặt vật dẫn (lúc đầu không mang điện) khi đặt trong điện trường ngoài. 7
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2.1. Hiện tượng điện hưởng.
* Xét diện tích S trên A, số đường cảm ứng điện xuất phát từ các điểm
thuộc đường giới hạn của S là N.
* Nếu N đường cảm ứng điện này tận cùng trên các điểm thuộc đường
giới hạn của diện tích S’ thuộc mặt vật dẫn BC
Các phần tử ( S, S’) là các phần tử tương ứng
Định lý các phần tử tương ứng:Điện tích cảm ứng trên các phần tử tương 8
ứng có độ lớn bằng nhau và trái dấu.
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2.1. Hiện tượng điện hưởng Điện hưởng một phần Điện hưởng toàn phần
+ Một số đường cảm ứng điện
+ Tất cả đường cảm ứng điện xuất
xuất phát từ A, tận cùng trên mặt
phát từ A, tận cùng trên mặt B
B. Một số đường cảm ứng điện
+ Độ lớn của điện tích cảm ứng
xuất phát từ A ra xa vô cùng.
bằng độ lớn điện tích trên vật mang
+ Độ lớn của điện tích cảm ứng điện
nhỏ hơn độ lớn điện tích trên vật + + - - mang điện (q’ < q) CA ++ + - +- + + + + + - B A -- + + + V1V2 + + + + BC q1q2 - - + + 9
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2. Hiện tượng điện hưởng.
2.2.2. Tụ điện và điện dung của tụ ( phẳng, trụ, cầu) b) Tụ điện
Định nghĩa: Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn A và B cách điện với nhau và
ở trạng thái điện hưởng toàn phần. + A, B: hai bản tụ điện
+ Bản dương A tích điện Q1= Q > 0 , Bản âm B tích điện Q2= -Q < 0
+ Điện tích của tụ là điện tích bản dương: Q
+ V1điện thế bản dương, V2 điện thế bản âm. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ: U = V1– V2
* Hệ thức liên hệ giữa điện tích, điện dung và điện thế: 12 Bản cực kim
2.2.2. Tụ điện và điện dung của tụ ( phẳng, trụ, cầu)
c) Điện dung của một số tụ điện
*Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả S
năng tích điện của tụ. Điện dung phụ thuộc: Cấu tạo, hình
dạng, kích thước hai bản, môi trường điện môi giữa 2 bản.
Điện dung không phụ thuộc các vật dẫn bên ngoài Chất điện môi +Q -Q * Tụ điện phẳng
Cấu tạo: Hai bản tụ là hai mặt phẳng kim loại đặt song + - d + -
song, cách nhau khoảng d, diện tích mỗi bản S (d rất nhỏ so + -
với kích thước mỗi bản) + -
Coi điện trường giữa hai bản như điện trường gây ra bởi + -
hai mặt phẳng song song, rộng vô hạn, tích điện đều, bằng nhau, trái dấu. d dQ Q S ES U C 0 Ta có: U = V1– V2= Ed ; U d d 0 0 0 0
2.2.2. Tụ điện và điện dung của tụ ( phẳng, trụ, cầu) V1V2
c) Điện dung của một số tụ điện Tụ điện trụ:
Cấu tạo: Hai bản tụ là hai mặt trụ kim loại đặt đồng trục, R1O
bán kính lần lượt là R1và R2, có chiều cao l (l>>R1, R2) l R2
Coi điện trường giữa hai bản như điện trường gây ra
bởi hai mặt trụ dài vô hạn, mang điện đều, trái dấu, độ
lớn mật độ điện dài là : O’ Q Q 2 l 0 C U Q R R 2 2 ln ln 2R l R 0 1 1 14
2.2.2. Tụ điện và điện dung của tụ ( phẳng, trụ, cầu)
c) Điện dung của một số tụ điện Tụ điện cầu:
Cấu tạo: Hai bản tụ là hai mặt cầu kim loại đặt
đồng tâm, bán kính lần lượt là R1và R2 Ta có: R1 O R2 Q 4 R R 0 1 2 C U R R 2 1 15
2.3. Năng lượng điện trường
2.3.1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm và vật dẫn mang điện
a) Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm
* Xét điện tích điểm q2đặt trong điện trường của điển tích q1và cách q1một khoảng r12 + Thế năng của q2 q1q2
* Ngược lại, điện tích điểm q1đặt trong điện trường của điển
tích q2và cách q2một khoảng r21 + Thế năng của q1 Từ (1) và (2) ta có V1V2
V1: Điện thế tại điểm đặt điện tích q1do điện tích q2gây ra
V2: Điện thế tại điểm đặt điện tích q2do điện tích q1gây ra 16
2.3. Năng lượng điện trường
2.3.1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm và vật dẫn mang điện
* Mở rộng cho 3 điện tích điểm q1, q2, q3 q3 + Ta có: q1q2 V V 1V2 3
V1: Điện thế tại điểm đặt điện tích q1do điện tích q2 và q3 gây ra
V2: Điện thế tại điểm đặt điện tích q2do điện tích q1 và q3 gây ra
V3: Điện thế tại điểm đặt điện tích q3do điện tích q1 và q2 gây ra 17
2.3. Năng lượng điện trường
2.3.1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm và vật dẫn mang điện
a) Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm
Tổng quát, năng lượng tương tác hệ n điện tích điểm
Trong đó: Viđiện thế tại điểm đặt điện tích qido n-1 điện tích còn lại trong hệ gây ra 18
2.3. Năng lượng điện trường
2.3.1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm và vật dẫn mang điện
b) Năng lượng điện của vật dẫn cô lập
+Chia vật dẫn thành từng phần tử có điện tích dq
+Do vật dẫn tích điện cân bằng nên V=const Do đó:
Với: Q là điện tích vật dẫn, C là điện dung vật dẫn. 19
2.3. Năng lượng điện trường
2.3.2. Năng lượng tụ điện phẳng và năng lượng điện trường
*Xét hệ vật dẫn tích điện cân bằng:Điện tích Q1, Q2, ..., Qn
Điện thế tương ứng V1, V2, …, Vn
Năng lượng của hệ vật dẫn là:
*Xét trường hợp riêng tụ điện là hệ hai vật dẫn A, B cách điện đối với nhau.
Khi tích điện cân bằng điện tích và điện thế các bản tụ lần lượt là: Q1, Q2, V1, V2. Với Q1=-Q2=Q. Ta có: 20