Bài giảng Vật lí đại cương - Chương 2: Vật dẫn, điện môi

2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 2.2 Tụ điện 2.3 Năng lượng tụ điện Năng lượng điện trường NỘI DUNG 1: VẬT DẪN 2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Tính chất của vật dẫn cân bằng tĩnh điện Vật dẫn là một khối Điện tích chỉ phân bố ..vật dẫn nhưng .(bề mặt lồi: điện tích , bề mặt lõm: ..) Mặt ngoài của vật dẫn, vectơ cường độ điện trường luôn ..với bề mặt vật dẫn Vật có hình dạng đối xứng (vd:mặt cầu) điện tích được phân bố ... Trong lòng vật dẫn điện trường 2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện + + + + + + + + + + + + + + Hiệu ứng mũi nhọn Điện tích tập trung ở những chỗ mũi nhọn Lân cận mũi nhọn điện trường .. Một số ion dương và một số e- có sẵn trong khí quyển chuyển động có gia tốc, đạt vận tốc rất lớn Chúng va chạm vào các phân tử không khí, gây ra hiện tượng làm số ion sinh ra ngày càng nhiều 2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Hiệu ứng mũi nhọn Các hạt mang điện trái dấu với các điện tích trên mũi nhọn sẽ bị mũi nhọn , do đó điện tích trên mũi nhọn ... Các hạt mang điện cùng dấu với điện tích của mũi nhọn sẽ bị đẩy ra xa, chúng kéo theo các phân tử không khí tạo thành .., gọi là .. Ứng dụng: Giải phóng điện tích trên máy bay Phóng điện bảo vệ máy điện Cột thu lôi. 2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Hiện tượng điện hưởng + + + + + + + - - - - - - B A +q -q’ +q’ - _ Mặt trong và mặt ngoài của vật B xuất hiện các điện tích –q’ và +q’ _ Mọi đường sức xuất phát từ A đều kết thúc trên vật B, hiện tượng điện hưởng . q ' q '   _ Chỉ một phần đường sức xuất phát từ vật A kết thúc trên vật B, q ' q '   hiện tượng điện hưởng .. 2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Điện dung của vật dẫn cô lập Điện tích Q của vật dẫn cô lập tăng lên thì điện thế V của nó cũng tăng theo nhưng tỉ số Q/V là : C: điện dung của vật dẫn cô lập (đặc trưng cho khả năng của vật dẫn, có giá trị bằng điện tích cần truyền cho vật để điện thế của nó tăng thêm 1 đơn vị). Q C V  2.1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Điện dung của vật dẫn cô lập _Với quả cầu có C=1F, bán kính của nó : R  1 nF (nanô fara) = 10– 9F 1pF (picô fara) = 10– 12F 1 µF (micrô fara) = 10– 6 F Điện dung của quả cầu kim loại: Q C V   2.2. Tụ điện _ Là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt , sao cho giữa chúng luôn xảy ra điện hưởng .phần. Định nghĩa tụ điện: Tụ điện phẳng : C  Q C U   _ Điện dung của tụ điện: 2.2. Tụ điện Tụ điện cầu : Tụ điện trụ : 2.2. Tụ điện Ghép tụ điện 1 2 1 1 1 ... C C C    Ghép nối tiếp Ghép song song 1 2 1 2 1 2 C C C ... Q Q Q ... U U U ...          Điện dung bộ tụ . 1 2 Q Q Q ...   1 2 U U U ...   Điện dung bộ tụ 2.3. Năng lượng điện trường Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm Hệ 2 điện tích điểm : Hệ N điện tích điểm : với 2.3. Năng lượng điện trường Năng lượng của một vật dẫn cô lập tích điện Năng lượng tụ điện: W  W  2.3. Năng lượng điện trường Mật độ năng lượng điện trường tại một điểm Mật độ năng lượng Năng lượng điện trường định xứ trong một thể tích hữu hạn V: TỔNG KẾT Tính chất của vật dẫn CBTĐ trong vd E 0 _ _  _Là 1 khối đẳng thế _Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt, tập trung ở các mũi nhọn E  _Mặt ngoài, bề mặt VD Hiện tượng điện hưởng toàn phần (toàn bộ đường sức từ vật này kết thúc trên vật kia) một phần (một phần đường sức từ vật này kết thúc trên vật kia) Hiệu ứng mũi nhọn điện tích trên mũi nhọn mất dần gió điện TỔNG KẾT Điện dung vật dẫn cô lập: tụ điện: Q C V  Q C U  Tụ điện phẳng Tụ điện cầu Tụ điện trụ 0 SC d    0 2 1 2 C R ln R    0 1 2 2 1 4 R R C R R      Năng lượng điện trường vật dẫn cô lập: tụ điện: 2 21 1 Q 1W QV CV 2 2 C 2    2 21 1 Q 1W QU CU 2 2 C 2    1. Hai vật dẫn đặc hình cầu A và B được tích điện có bán kính R1 và R2 (R1>R2) được nối với nhau bằng một dây dẫn mảnh. Chọn phát biểu sai: a/ Điện tích của quả cầu A lớn hơn điện tích của quả cầu B. b/ Điện dung của quả cầu A lớn hơn điện dung của quả cầu B. c/ Điện thế của hai quả cầu bằng nhau. d/ Điện tích phân bố đều trên cả hai quả cầu. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ B R1 R2 A 2. Đối với các vật dẫn tích điện dương ở trạng thái cân bằng điện, véctơ cường độ điện trường trên mặt vật dẫn luôn: a/ có phương bất kì, tùy thuộc vào hình dạng bề mặt vật dẫn. b/ có phương tiếp tuyến với bề mặt. c/ có phương vuông góc với bề mặt và có chiều hướng vào trong. d/ có phương vuông góc với bề mặt và có chiều hướng ra ngoài. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ 3. Tụ điện phẳng không khí được mắc cố định với acqui. Ta cho hai bản tụ tiến lại gần nhau một chút. Chọn phát biểu đúng : a. CĐĐT trong lòng tụ không đổi. b. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ không đổi. c. Điện tích của hai bản tụ giảm xuống. d. Điện dung của tụ giảm. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ 4. Có bốn tụ điện như nhau, điện dung mỗi tụ điện bằng C. Mắc nối tiếp bốn tụ điện đó thành bộ thì điện dung của bộ tụ điện bằng: a. 2C b. 4C c. C/4 d. C/2 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ 5. Bộ tụ điện trong một chiếc đèn chụp ảnh có điện dung 750μF được tích điện đến hiệu điện thế 330V. Xác định năng lượng mà đèn tiêu thụ trong mỗi lần lóe sáng. a. W = 43,8J. b. W = 41,8J. c. W = 42,8J. d. W = 40,8J. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ 6. Một quả cầu kim loại bán kính 30cm, điện thế 450V. Tính mật độ điện mặt của quả cầu. a. 2,6.10-8 C/m2. b. 1,326.10-8 C/m2. c. 4.10-9 C/m2. d. 1,33.10-9 C/m2. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CỦNG CỐ HẾT NỘI DUNG 1: VẬT DẪN 2.4 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.5 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG ĐIỆN MÔI 2.6 ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT NỘI DUNG 2: ĐIỆN MÔI 2.4.1 Hiện tượng phân cực điện môi: _Là hiện tượng xuất hiện các điện tích ...chất điện môi khi đặt trong điện trường. 2.4 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.4.2 Giải thích Điện trường càng mạnh sự định hướng càng .. 2.4 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI in e i 1 e p P V    Vectơ mômen lưỡng cực điện của phân tử thứ i Thể tích chất điện môi đã bị phân cực eP 0E ...theo chiều của vectơ _ : đặc trưng cho của chất điện môi eP 2.4 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.4.3 Vectơ phân cực điện môi eP _ Xét khối điện môi dạng khối trụ có đường sinh song song với . E n ei i 1 e e p P P V     '  2.4 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.4.4 Liên hệ giữa và mật độ điện mặt của các điện tích liên kết eP ' 2.5.1 Vectơ trong chất điện môi E 0E  E ' E ' 0E - CĐĐT tổng hợp trong lòng điện môi: E 0E E E'  - Chiếu lên phương : 0E 0 ' E '    e e 0P E   e 0 0 0 E E E      0 e E 1    E  2.5 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI _ Đối với chất điện môi đồng chất, đẳng hướng: (CĐĐT trong lòng chất điện môi  lần so với CĐĐT trong chân không). 2.5.2 Liên hệ giữa và eP D 0D E   1   (với ) 0D (1 )E   0 0D E E    0 eD E P   2.5 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI 2.5.3 Điện trường tại mặt phân cách 2 chất điện môi 1E 2E 1tE 2tE 1nE 2nE 2 1 2 1n 2n 1 E E   1t 2t E E () () 1D 2D 1tD 2tD 1nD 2nD 2 1 1 1t 2t 2 D D    1n 2nD D () () 2.5 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI CĐĐT E t/p tiếp tuyến t/p pháp tuyến Cảm ứng điện D Ví dụ 1: Vectơ cường độ điện trường sau khi đi xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau thì a. Sẽ bị khúc xạ, thành phần tiếp tuyến của không bị gián đoạn. b. Sẽ bị khúc xạ, thành phần pháp tuyến của không bị gián đoạn. c. Sẽ không bị khúc xạ, thành phần tiếp tuyến của không bị gián đoạn. d. Sẽ không bị khúc xạ, thành phần tiếp tuyến của không bị gián đoạn. E E Ví dụ 2: Trong không khí có điện trường. Đặt vào đó tấm điện môi phẳng, mặt phân cách vuông góc với các đường cảm ứng điện. Đi từ điện môi ra không khí, các đường cảm ứng điện biến đổi như sau: a. Vừa khúc xạ, vừa gián đoạn. b. Khúc xạ, không gián đoạn. c. Gián đoạn, không khúc xạ. d. Không đổi. 2.6.1 Điện môi sécnhét: 2 2 3 2 2NaK(C H O ) .4H O (bitáctrat natri kali ngậm nước) Tính chất đặc biệt: _ Hằng số điện môi lớn:  410  _ phụ thuộc CĐĐT E trong điện môi  phụ thuộc E  _ Sau khi tắt điện tường ngoài điện môi sécnhét vẫn còn phân cực Hiện tượng _ Khi (nhiệt độ Curi), điện môi mất hết các tính chất trên và trở về điện môi bình thường. CT T 2.6 ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT 2.6.2 Hiệu ứng áp điện Hiệu ứng áp điện thuận: _ Khi nén hoặc kéo giãn tinh thể điện môi trên bề mặt giới hạn .. _ Đổi dấu biến dạng -> các điện tích trên 2 mặt giới hạn .. Biến đổi dao động . thành dao động . 2.6 ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT + + + + - - - - - + - - + + Nén - - - - - - - + + + + + + + Dãn 2.6.2 Hiệu ứng áp điện _ Đặt lên hai mặt 1 hiệu điện thế Tinh thể điện môi bị .. _ Với hiệu điện thế xoay chiều tinh thể bị biến dạng liên tục theo tần số của hiệu điện thế. Biến đổi dao động thành dao động .. 2.6 ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT Hiệu ứng áp điện nghịch: