Bài giảng vật lí đại cương A2 - Chương 2: Vật dẫn trong điện trường tĩnh - Nguyễn Thị Ngọc Nữ

TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 1 VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 Chương 2 VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §1.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG §1.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1 – Khái niệm vật dẫn và trạng thái cân bằng tĩnh điện: ► Vật dẫn là vật có các hạt mang điện tự do. Các hạt này có thể chuyển động khắp mọi điểm trong vật dẫn. (Trong phạm vi hẹp, vật dẫn là các vật kim loại). ► Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là vật dẫn trong đó các hạt mang điện tự do “nằm yên” (không chuyển động có hướng). TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 2 a) Trong lòng vật dẫn không có điện trường (Etrong = 0). b) Toàn vật dẫn là một khối đẳng thế. §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN trongE 0   N M N tr M N M V V E .ds 0 V V     2–Tính chất của vật dẫn cân bằng điện: §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN c) Mặt ngoài của vật dẫn, vectơ cường độ điện trường luôn vuông góc với bề mặt vật dẫn. d) Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt của vật dẫn. trong(S) tr 0 S trong(S) q E .dS 0 q 0         trongE 0   E  §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN a) Hiện tượng mũi nhọn. Sự phân bố điện tích trên mặt vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng của bề mặt vật dẫn. Những vật dẫn có hình dạng bất kì thì điện tích tập trung nhiều tại các chỗ lồi ra. Những vật dẫn có dạng mặt cầu, mặt trụ dài vô hạn, mặt phẳng rộng vô hạn thì điện tích phân bố đều. 3– Một số hiện tượng cân bằng điện: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN b) Hiện tượng nối đất. c) Hiện tượng điện hưởng. Điện hưởng là hiện tượng xuất hiện các điện tích cảm ứng trên vật dẫn khi đặt vật dẫn trong điện trường ngoài. _ _ _ _ _ _ §2.1 – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN B A + – – – – – – + + + + + + Điện hưởng toàn phần Mọi đường sức của A đều tới B Độ lớn của điện tích cảm ứng luôn bằng với độ lớn của điện tích trên vật mang điện. §2.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐT 1– Điện dung của vật dẫn cô lập: Một vật dẫn được gọi là cô lập về điện nếu gần nó không có vật nào khác có thể gây ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích trên bề mặt của nó. Điện dung V Q C  Q: điện tích V: điện thế Đơn vị: F (fara) R C k   Quả cầu KL C đặc trưng cho khả năng tích điện của vd. C phụ thuộc hình dạng, kích thước và môi trường xung quanh vd. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 2– Tụ điện: a) Định nghĩa: Tụ điện là hệ hai vật dẫn đặt gần nhau sao cho giữa chúng luôn xảy ra hiện tượng điện hưởng toàn phần. Hai vật dẫn đó được gọi là hai bản của tụ điện. Kí hiệu: §2.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐT Noái hai baûn tuï ñieän vaøo hai cöïc cuûa nguoàn ñieän. Tuï ñieän seõ tích ñieän. Laøm theá naøo ñeå tích ñieän cho tuï ñieän? + - A B Ñieän tích treân hai baûn tuï coù ñoä lôùn nhö theá naøo ? + + + + + + + + + + + + + + + + U 1 U 2 = 2 U 1 U n = n U 1 Q 1 Q 2 = 2 Q 1 Q n = n Q 1 n n 2 2 1 1 U Q U Q U Q  Ñieän dung cuûa tuï ñieän TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 §2.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐT b) Điện dung của tụ điện: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định, đo bằng thương số giữa điện tích của tụ điện với hiệu điện thế giữa hai bản tụ. Q C U  0 S C d   Tụ phẳng 0 1 2 2 1 4 R R C R R    Tụ cầu 0 2 1 2 h C R ln( ) R   Tụ Trụ §2.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐT c) Ghép tụ điện: i i i ii U U Q Q 1 1 C C      Ghép nối tiếp Ghép song song i i i i i U U Q Q C C      Ghép nối tiếp C giảm Ghép song song C tăng TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 6 3– Năng lượng điện trường: §2.2 – ĐIỆN DUNG. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐT E W V  Năng lượng của tụ điện: 2 21 1 Q 1W CU QU 2 2 C 2    Năng lượng điện trường đều: Năng lượng điện trường không đều: E (V) W dV  2 E o 1 1 E ED 2 2     : mật độ năng lượng điện trường. V: thể tích không gian có điện trường. Gọi: