Bai_giang_vat_ly_dai_cuong_a2_chuong_1_ts_nguyen_thi_ngoc_nu_662_2849_2070263_20190308_120435

TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 1 VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG A2 ĐẠI HỌC Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH  Giáo trình VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG tập 2, Nguyễn Hữu Thọ (chủ biên), ĐHCN TP HCM.  Giáo trình VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG tập 2, Lƣơng Duyên Bình (chủ biên), NXB GD.  Cơ sở vật lý tập 4, 5, D.Haliday, R.Resnick, J.Walker, NXBGD. VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG A2 Chương 1 TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG: §1.2 – ĐIỆN TRƢỜNG. §1.4 – ĐỊNH LÝ OST’ROGRADXKI-GAUSS (O-G) §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN §1.6 – CHUYỂN ĐỘNG TRONG ĐIỆN TRƢỜNG §1.3 – ĐƢỜNG SỨC ĐIỆN TRƢỜNG. ĐIỆN THÔNG TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 2 1 – Điện tích. Tương tác điện ►Có hai loại điện tích âm (-) dương (+) • Nhiễm điện do cọ xát. • Nhiễm điện do tiếp xúc. • Nhiễm điện do hưởng ứng. Sự nhiễm điện của các vật §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN _ _ _ _ e _ _ _ _ _ _ e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ e _ _ ++ §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 ►Điện tích của một vật nhiễm điện luôn bằng bội số nguyên lần của điện tích nguyên tố: Q = Ne ►Điện tích nguyên tố là điện tích có giá trị nhỏ nhất trong tự nhiên. ►Giá trị tuyệt đối của điện tích được gọi là điện lượng. 19e 1,6.10 C   Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích trong một vật hay một hệ vật cô lập là không đổi . §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN 2 – Định luật Coulomb: Coulomb (1736–1806) Điện tích của một chất điểm gọi là điện tích điểm. §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN 2 – Định luật Coulomb: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không: r q2 q 1 2 9 2 0 1 Nm 9.10 4 C k    1 2 12 21 2 q q F F k r   12 0 8,85.10 ( )F m  - hằng số điện §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 Trong điện môi đồng tính, lực tương tác giảm đi  lần: ck 1 2 2 F | q q | F k r      - hệ số điện môi Chất Không khí Sứ H2O ε 1,0006 5,5 81 §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN 3 – Nguyên lí chồng chất lực điện: 1F + - q0 q1 - q2 2 F FLực do hệ điện tích điểm q1, q2, ..., qn tác dụng lên q0: n 1 2 n i i 1 F F F ...F F      §1.1 – TƢƠNG TÁC ĐiỆN §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG. 1 – Khái niệm về điện trường: Điện trường là môi trường vật chất bao quanh mỗi điện tích, tác dụng lực lên các điện tích khác đặt trong nó. + Q + q1 1F - q2 2F TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 + Q + q1 1F2 2F M - 3 3F 1 2 n 1 2 n F F F ... q q q       §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG 2– Vectơ cường độ điện trường (CĐĐT) §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG 2– Vectơ cường độ điện trường (CĐĐT) F E q    F q E    ĐT tĩnh: E  không đổi theo thời gian. ĐT đều: E  không đổi theo không gian. Đơn vị đo cƣờng độ điện trƣờng: (V/m) q > 0: F E    q < 0: F E    Lực đt đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đang xét. §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG 3 – Vectơ CĐĐT do một điện tích điểm gây ra 2 Qq r F k rr   + Q + q Fr M F , E q  2 Q r E k rr   2 | Q | E k r   + M  E  r - M  E  r TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 6 4 – Vectơ cảm ứng điện (điện cảm) 0D E  0EE   Vectơ điện cảm gây ra bởi điện tích điểm Q 0 02 2 2 0 Q r 1 Q r 1 Q r D k r 4 r 4 rr r r         Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng: Đơn vị đo: C/m2 2 1 §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG 1E 2E 5 – Nguyên lí chồng chất điện trường §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG a) Vectơ CĐĐT do hệ điện tích điểm gây ra:  E 1E  2E  + - q1 q2 M 1 2 n n i i 1 E E E ... E E            §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG b) Vectơ CĐĐT do một vật tích điện gây ra: vât 2 vât E d E dq r k . r r        2 dq r d E k . r r    M  Ed  r dq dq=λdl, λ-mật độ điện dài (C/m) dq=σdS, σ-mật độ điện mặt (C/m2) dq=ρdV, ρ-mật độ điện khối (C/m3) Nếu điện tích phân bố đều: q= λl = σS = ρV TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 7 Ví dụ : §1.2 – ĐIỆN TRƯỜNG Xác định vectơ cường độ điện trường do vòng dây dẫn tròn bán kính R đặt trong không khí, tích điện đều với điện tích tổng cộng Q, gây ra tại điểm M trên trục vòng dây, cách tâm vòng dây một khoảng x. d E  r M x v/d E d E     Cđđt tại M: R O dq nd E  td E  n t v/d v/d d E d E      n v/d d E    E  hướng vuông góc với mặt phẳng vòng dây, ra xa vòng dây nếu nó tích điện dương và ngược lai. 2 v/d v/d kdq E dE.cos .cos r       2 2 2 3/2 k Qcos kQx E r (R x )      Tại tâm vòng dây E=0 §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG 1 – Đường sức điện trường. a) Định nghĩa: Đường sức của điện trường là đường mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với phương của vectơ cđđt tại điểm đó, chiều của đsức là chiều của vectơ cđđt. TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 8 c) Qui ước vẽ: dS Số đường sức xuyên qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương của đường sức bằng độ lớn của vectơ cđđt tại đó. b) Tính chất: Qua bất kì 1 điểm nào trong điện trường cũng vẽ được 1 đường sức. Các đường sức không cắt nhau. Đường sức điện trường tĩnh thì không khép kín. Điện phổ. Tập hợp các đsức điện trường gọi là điện phổ §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 9 2– Điện thông(thông lượng điện trường) (S) E d E.d S E.n .dS E.dS.cos           n E  dS E E (S) (S) d E.dS.cos      Điện thông gửi qua vi phân diện tích dS: Điện thông gởi qua diện tích (S): §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG Nếu diện tích S là mặt phẳng và điện trường là đều thì: E EScos     n  E S Đơn vị : (V.m) §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG Ý nghĩa của điện thông: Giá trị tuyệt đối của điện thông gửi qua diện tích S bằng số đường sức xuyên qua (S). (S) D d D.d S D.dS.cos         n D  dS D (S) D.dS.cos   3- Thông lượng cảm ứng điện (thông lượng điện cảm) Đơn vị đo: C Mặt phẳng và điện trường đều: D D.S.cos   §1.3 – ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG. ĐIỆN THÔNG TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 10 1 – Nội dung định lý O – G: §1.4 – ĐỊNH LÝ OST’ROGRADXKI-GAUSS trong(S) E 0 (S) q E d S         Điện thông gởi qua một mặt kín bất kì thì bằng tổng các điện tích chứa trong mặt kín đó chia cho hệ số điện môi và hằng số điện. D trong(S) (S) Dd S q      Thông lượng điện cảm gởi qua một mặt kín bất kì thì bằng tổng các điện tích chứa trong mặt kín đó. §1.4 – ĐỊNH LÝ OST’ROGRADXKI-GAUSS 1 – Nội dung định lý O – G: •B1: Chọn mặt kín (S) – gọi là mặt Gauss, sao cho việc tính tích phân được đơn giản nhất. •B2: Tính D hoặc E gởi qua (S). •B3: Tính tổng điện tích chứa trong (S). •B4: Thay vào biểu thức của định lí O – G, suy ra đại lượng cần tìm. 2 – Vận dụng định lý Gauss để tính cường độ điện trường: §1.4 – ĐỊNH LÝ OST’ROGRADXKI-GAUSS TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 11 Ví dụ 1: Xác định cường độ điện trường do mặt phẳng rộng vô hạn, tích điện đều với mật độ điện mặt  gây ra tại điểm cách mặt phẳng () một khoảng h. Cho biết hệ số điện môi là . Giải  + M h + S  E  n day day 2 EdS 2ES  G E (S ) xq 2day Ed S Ed S Ed S             Gtrong(S ) day Q q S   0 E 2     Điện thông gởi qua mặt (SG): Tổng điện tích chứa trong (SG): Theo đ lí O - G: E 0 Q    Điện trường đều  E  n  n Xác định cường độ điện trường tại điểm bên trong và bên ngoài khối cầu bán kính R, tích điện đều với mật độ điện khối . Cho biết hệ số điện môi ở trong và ngoài khối cầu đều bằng . Ví dụ 2: O R  Suy rộng trong trường hợp vỏ cầu tích điện đều §1.4 – ĐỊNH LÝ OST’ROGRADXKI-GAUSS TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 12  E  n M t 0 r E 3     b) M bên trong khối cầu: r (SG) dS Điện thông gởi qua mặt (SG): G 2 E G (S ) EdS ES E.4 r     Tổng điện tích chứa trong (SG): G G 3 trong(S ) (S ) 4 Q q .V r 3      Theo đ lí O - G: E 0 Q    O M  n dS  E r E 0 Q    Điện thông gởi qua mặt gauss (SG): G G E (S ) (S ) 2 G EdS EdS ES E.4 r         Tổng điện tích trong (SG): 3 trong(S) 4 Q q .V R 3      Đlí O - G: n 2 2 0 Q kQ E E 4 r r       a) M bên ngoài khối cầu: (SG) t o r E 3      Kết luận: Bên trong khối cầu tích điện đều: Bên ngoài khối cầu hoặc vỏ cầu tích điện đều n 2 kQ r E . r r     Bên trong vỏ cầu tích điện đều: tE 0   TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 13 1 – Công của lực điện trường : + q + Q N M (N) (N) MN 2 (M) (M) (N) 2 (M) Qq r A Fd r k d r r r kQq dr r             2 Q r q E qk . r r      MN M N kQq 1 1 A r r         → Trường tĩnh điện là trường thế. → Lực tĩnh điện là lực thế. r + q F §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ Ta có: tM tN MNW W A  tM M Qq W k C r    Vậy thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường là: 2 – Thế năng của điện tích trong đt: §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ 3 – Điện thế - hiệu điện thế: §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ tM M W V q  a) Điện thế: Điện thế là một hàm vô hướng V(x,y,z), sao cho: Điện thế không xác định đơn giá mà sai khác nhau một hằng số cộng, tùy thuộc vào việc chọn gốc điện thế. TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 14 M M Q V k C r    i 1 2 M i iM 1M 2M Q Q Q V V k C k k ... C r r r            M vat vat dq V dV k C r      Chú ý: Nếu chọn gốc điện thế ở vô cùng thì C = 0 ►Điện thế gây bởi hệ điện tích điểm: ►Điện thế gây bởi vật tích điện: Điện thế gây bởi 1 điện tích điểm §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ 3 – Điện thế - hiệu điện thế: MN MN M N A U V V q    §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ b) Hiệu điện thế: Đơn vị đo điện thế và hiệu điện thế trong hệ SI là Vôn, kí hiệu là V Vòng dây tròn, bán kính a, tích điện đều với điện tích tổng cộng Q. Tính điện thế tại tâm O của vòng dây và tại điểm M trên trục vòng dây, cách O một đoạn x. Biết gốc điện thế ở vô cùng. Ví dụ : §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 15 M v/d v/d v/d k.dq k V dV dq r r      M 2 2 kQ V a x   O kQ V a  r M x a O dq  O R Mặt cầu (O, R): O kQ V R  §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ 4 – Mặt đẳng thế: a) Định nghĩa: Mặt đẳng thế là tập hợp các điểm trong điện trường có cùng một giá trị điện thế. b) Qui ước vẽ: Độ chênh lệch điện thế V giữa hai mặt đẳng thế liên tiếp là không đổi. → đt mạnh thì các mđt dày, đt yếu thì các mđt thưa; đt đều thì các mđt là các mp song song cách đều nhau. c) Tính chất: - Các mặt đẳng thế không cắt nhau - Khi điện tích q di chuyển trên một mặt đẳng thế thì công của lực điện trường bằng không. - Vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm trên một mặt đẳng thế luôn vuông góc với mặt đẳng thế đó. §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ MN 0 M N(V V ) 0A q   0 . 0dA q E ds E ds    TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 16 §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ 5 – Liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế: dA Fd q Ed       1 2 dA q(V V ) qdV    V + dV (I) (II) V d MN   Ed dV E .d      M N dV E d   U E d ĐT đều: Hay: x y z V V V E (E ,E ,E ) ( , , ) x y z           Trong htđ Descartes Vectơ cường độ điện trường hướng về phía điện thế giảm. Hình chiếu của vectơ cường độ điện trường lên một phương nào đó bằng độ giảm điện thế trên một đơn vị độ dài của phương đó. Tại lân cận một điểm trong điện trường, điện thế biến thiên nhanh nhất theo phương của đường sức đi qua điểm đó. Kết luận ; .cosn s dV dV E E E E dn ds       dV dV dn ds  n: pháp tuyến. TS Nguyễn Thị Ngọc Nữ 17 MN MN MN U q A dE    0dE )C(    •Lưu thông của vectơ cđđt giữa hai điểm M, N: •Lưu thông của vectơ cđđt dọc theo một đường cong kín bất kì: 6 – Lưu thông của vectơ cđđt : Lưu thông của vectơ dọc theo đường L là E  L E d    §1.5 – CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ F qE F qE a m m   q 0 a E q 0 a E §1.6.CHUYỂN ĐỘNG TRONG ĐiỆN TRƯỜNG 1. Chuyển động của điện tích trong đt  + +q - -q Lưỡng cực điện là một hệ hai điện tích +q và –q đặt cách nhau một khoảng nhỏ l. Mômen lưỡng cực điện: ep q    + +q - -q ep q    2. Lưỡng cực điện §1.6.CHUYỂN ĐỘNG TRONG ĐiỆN TRƯỜNG