Bài giảng Vật lý đại cương - Chương II: Vật dẫn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương II: Vật dẫn

1. Ch−ơng II Vật dẫn Kim loại: hạt dẫn lμ cácđiệntửtựdo
2. 1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện, Tính chất của vật dẫn mang điện 1.1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện: Véc tơ c−ờngđộđiệntr−ờng trong vật dẫn r bằng không: Etr = 0 Thμnh phần tiếp tuyến của véc tơ c−ờng độ điện tr−ờng trên bề mặt vật dẫn bằng không: r r r Et = 0 EE= n 1.2. Tính chất của vật dẫn mang điện .M r x Vật dẫn lμ vật đẳng thế Etr = 0 .N N N r r r r V V−MN = E∫ d s = ∫ t E d = s 0 M M
3. y Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt của vật dẫnbêntrongvậtdẫnđiệntíchbằng0 r r r S q= D d S = vì 0r r E ∑ i ∫ D= ε0 ε E = 0 z S Véc tơ c−ờngđộđiệntr−ờng luôn ∑qi vuông góc với bề mặt vật dẫn. 1.3 ứng dụng r E= 0 Lồng Faraday Máy phát tĩnh điện WandeGraf Hiệu ứng mũi nhọn, gió điện: Giải phóng điện tích trên máy bay, phóng điện bảo vệ máy điện, cột thu lôi
4. 2. Hiện t−ợng điện h−ởng Δq’ S - A lúc đầu không tích điện - + - - B tích điện âm đ−ợc đ−a gần A - A + - B - - + - lμ hiện t−ợng các điện tích Δq - - cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn (lúc đầu không tích điện) khi đặt trong điện tr−ờng ngoμi r r r r r E= E + E = 0 Φ =D d S = Δ q + q Δtr ' = 0 r ng 0 e ∫ E S ng qΔ '= −Δ q - + r + - E0 | qΔ |= |Δ q ' | - + ĐL về các phtử t−ơng ứng: điện tích cảm ứng trên các phtử t−ơng ứng có giá trị bằng nhau
5. Điện h−ởng một phần vμ điện h−ởng toμn phần A+ mang điện tích, B chịu điện h−ởng + q − − + Điện h−ởng toμn phần q’= q − + + − q’+B +A + − − + + − + Điện h−ởng một phần q’ Q=CV Q C -Hệsốtỷlệgọilμ điện dung C = V V=1 => C=Q có giá trị bằng điện tích cần truyền cho vật để điện thế của nó tăng thêm 1 đơn vị
6. 1 Culong 1 Fara= 1 Von Cầu KL bán kính R, Q=1, V=1, C=1F Q 1 1 9 V = ⇒R = = 9−12 .= 10 ( m4πε ) 0 R ε 4πε40 . ε 8π , 86 . 10 Gấp 1500 lần bán kính trái đất! 4. Hệ vật dẫn tích điện cân bằng, tụ điện 4.1. Điện dung vμ hệ số điện +-q1V1 h−ởng + 1- - - q2V2 Hệ ba vật dẫn 1, 2, 3: + + 2 - + - - Điện tích q1, q2, q3 q V 3 3+3- Điện thế t−ơng ứng: V1, V2, V3
7. Cik đối xứng q1=C11V1+C12V2+C13V3 C11 C12 C13 q2=C21V1+C22V2+C23V3 Cik = C21 C22 C23 C C C q3=C31V1+C32V2+C33V3 31 32 33 Ci=k Điện dung; Ci≠k hệ số điện h−ởng có tính t−ơng hỗ nên Cik = Cki. Nếu có n vật dẫn thì i,k=1, 2, ,n. 4.2. Tụ điện: Gồmhaivậtdẫncó S t−ơng tác điện h−ởng toμn phần + q + − − 1 −+ a. Tính chất I: q1+q2=0 + − + + q2 B +A + − r r − + + − + D∫ d= S1 q + 2 q = 0 + q ’ − − + 2 S + +
8. q1=C(V1-V2) b.Tính chất II: q2=-C(V1-V2) C lμ điện dung của tụ điện;q1>0 ,C>0=>V1>V2 Chứng minh: Nối vỏ ngoμiB vớiđấtq2’=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 hiệu điện c.Tính chất III: q = q1=- q2 thế giữa 2 q = C(V1-V2)=CU bản cực tụ
9. +Q -Q a.Tụ điện phẳng σ. d + - U= V − V = E . = d 1 2 + d - S .σ d SQ . d ε εS ε0 ε U = = ⇒C =0 + - ε0 εS ε0 εS d + - b. Tụ điện cầu Q 1 1 R UVV=1 − 2 = ( − ) 2 4πε0 εR 1R 2 R1 Q 4ε ε π R R ⇒C =0 = 1 2 V V c. Tụ điện trụ U RR2− 1 1 2 Q R 2 R UVV=1 − 2 = ln l 1 R 2πε ε R 2 Q ε ε2π 0 l 1 l ⇒C =0 = l U ln R 2 R1
10. R RR− RR− d ln 2=ln( 1 + 2 1) ≈ 2 1= R R R R 1 1 ε2ε π . R 1ε εS ⇒C =0 l = 0 d d Điện dung C của tụ điện bất kỳ ~ thuận ε & S vμ ~ nghịch d. d. Một số loại tụ điện đang sử dụng •Tụ điện không khí thay đổi đ−ợc điện dung •Tụ điện giấy, Kimkim loạiloại Giấy cách điện tụ dầu Kim loại Giấy cách điện Giấy cách điện