CHƯƠNG VẬT DẪN-ĐIỆN DUNG NỘI DUNG BÀI TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN V/D BÀI ĐIỆN DUNG VẬT DẪN BÀI NĂNG LƯỢNG TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN $1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1- Điều kiện vật dẫn cân tĩnh điện a/Định nghĩa: Một vật dẫn gọi trạng thái cân tĩnh điện điện tích tự khơng có chuyển động có hướng b/Điều kiện vật dẫn cân tĩnh điện: Một vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện khi:  - E điểm bên vật dẫn phải  ( EM = ,M điểm vật dẫn)  - Trên mặt vật dẫn, E ⊥ bề mặt vật dẫn điểm $1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1- Điều kiện vật dẫn cân tĩnh điện Thật vậy:  + Nếu điểm M (bên vật dẫn): EM ≠ điện tích  tự bị đẩy theo phương EM , tức điện tích tự chuyển động có hướng==> Vật dẫn khơng cịn trạng thái cân tĩnh điện  + Nếu điểm N (trên mặt vật dẫn): E N không ⊥ với bề mặt  vật dẫn, tức thành phần hình chiếu EN mặt vật dẫn khác không, thành phần đẩy điện tích tự mặt vật dẫn chuyển động định hướng==> Vật dẫn khơng cịn trạng thái cân tĩnh điện $1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2-Tính chất vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện a/ Toàn vật dẫn khối đẳng Xét điểm M, N thuộc vật dẫn Ta có: N VM − VN = ∫ El dl , từ đkcb tĩnh điện: El = ⇒ VM = VN M * Nhận xét: - Vì điểm thuộc vật dẫn điện V đó=> V gọi điện vật dẫn - Khi vật dẫn A, B có điện VA, VB khác nối với dây dẫn, chúng trở thành vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện xác lập điện chúng nhau: VA’ = VB’ $1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2-Tính chất vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện b/ Nếu vật dẫn tích điện Q lượng điện tích phân bố mặt vật dẫn C/M: - Lấy mặt kín S bấtkỳ nằm vật dẫn, trạng thái cân  tĩnh  điện: D = ε 0ε E = điểm mặt S  ⇒ ∫ D.dS = → ∑ qi = S i -Như vậy, điện tích q bên mặt S phải Do đó, điểm vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện ln trung hồ điện, điện tích dư Q (gọi điện tích vật) phân bố bề mặt vật dẫn * Hiệu ứng mũi nhọn: $1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2-Tính chất vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện c/ Đối với vật dẫn rỗng, điện trường phần rỗng luôn C/M: Ở trạng thái cân tĩnh điện, điện trường điện tích dư bên vật dẫn luôn 0=> nên ta khoét lòng vật dẫn tạo thành lỗ hổng khơng làm ảnh hưởng tới phân bố điện tích ngồi mặt vật dẫn=> điện trường khơng gian mặt vật dẫn bao bọc luôn (ngay vật dẫn nằm điện trường mạnh) $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 1-Định nghĩa - Giả sử ta truyền cho vật dẫn A: lượng điện tích Q Theo tính chất vật dẫn mang điện trạng thái cân tĩnh điện, điện tích Q phân bố mặt vật dẫn cho điện trường vật dẫn - Nếu tiếp tục truyền cho vật dẫn A lượng điện tích Q thứ 2, điện tích phải phân bố mặt vật dẫn giống hệt phân bố điện tích thứ nhất, cho điện trường bên vật dẫn $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 1-Định nghĩa Vì vậy, dễ dàng thấy rằng: tỷ số mật độ điện mặt ứng với lần tích điện cho vật dẫn không đổi điểm mặt vật dẫn (chẳng hạn, mật độ điện mặt điểm tăng gấp lần mật độ điện mặt điểm khác tăng lên gấp lần) Do: điện gây điện tích điểm tỷ lệ với điện tích điện gây hệ điện tích điểm = tổng điện gây điện tích điểm hệ=> kết luận: “Điện V vật dẫn lập tỷ lệ với điện tích Q vật dẫn đó, nghĩa là: Q=C.V, với C hệ số tỷ lệ - gọi điện dung vật dẫn (phụ thuộc hình dạng, kích thước, tính chất môi trường cách điện bao quanh vật dẫn)” $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 1-Định nghĩa Hệ SI: C (Fara, ký hiệu F) + Nếu cho V=1 (Vôn) C=Q => « Điện dung vật dẫn cô lập đại lượng giá trị = điện tích cần truyền cho vật dẫn để điện vật dẫn tăng lên đơn vị điện » + Ở điện V, vật có điện dung lớn vật tích lượng điện tích lớn Nói cách khác, điện dung vật dẫn đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 2-Ý nghĩa điện dung C - Khi nối vật dẫn trung hoà điện A, B dây dẫn với nguồn có điện V=> A, B tích điện điện lượng tương ứng : QA=CA.V ; QB=CB.V Như : vật có điện lượng lớn tích điện tích lớn => Điện dung vật dẫn đặc trưng cho khả tích điện vật : C=Q/V - Cho V=1 vơn =>C=Q : điện dung vật dẫn = lượng điện tích mà vật tích điện vơn $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 3-Tính chất điện dung v/d a/ Điện dung v/d O phụ thuộc chất hoá học v/d - Thực nghiệm cho thấy : v/d có kích thước, hình dạng, điều kiện mơi trường xung quanh có điện dung hồn tồn giống cho dù chúng có chất hoá học khác b/ Điện dung v/d phụ thuộc vị trí v/d khác đặt gần Vì vậy, ta nói tới điện dung v/d lập : « v/d đặt xa v/d khác (gần khơng có vật khác gây ảnh hưởng đến phân bố điện tích v/d xét) » c/ Điện dung v/d lập phụ thuộc hình dạng, kích thước v/d $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 4-Điện dung cầu Xét cầu vật dẫn bán kính R, lập điện Tích điện Q cho cầu, điện tích phân bố mặt cầu, cầu có điện V : Q k Q V= = 4πε ε R ε R Điện dung cầu : ε R C = Q / V = 4πε εR = k Ví dụ : 6,4.106 Trái đất : R=6,4.106 m => C = = 0,00071( F ) = 710( µF ) 9.10 $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 5-Điện dung tụ điện a/ Định nghĩa Tụ điện hệ thống gồm vật dẫn đặt cách điện gần để có tượng điện hưởng tồn phần Tụ điện điện phổ biến đơn giản tụ điện phẳng, gồm kim loại phẳng đặt // gần nhau, gọi cực tụ điện Vì có tượng điện hưởng tồn phần nên điện tích tụ trái dấu (+Q -Q) Độ lớn Q gọi điện tích tụ điện b/ Điện dung tụ điện : C = Q /U $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 5-Điện dung tụ điện c/ Tính chất điện dung tụ điện C phụ thuộc hình dạng, kích thước mơi trường lòng tụ điện - Mật độ điện mặt tụ : (S diện tích tụ) σ E= - Điện trường lòng tụ điện : σ = Q/S ε 0ε - Hiệu điện tụ : Vậy : Q ε 0ε S C= = U d σ d Q.d U = E.d = = ε 0ε ε 0ε S $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1-Năng lượng hệ điện tích a/ Thế điện tích điểm nằm điện trường - Thế điện tích điểm q điểm M điện trường : ∞   WtM = q ∫ E.dl (chọn gốc điện vô cực) M - Mặt khác : ∞   VM = ∫ E.dl M ==> WtM = q.VM gọi lượng tĩnh điện dự trữ q nằm M $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1-Năng lượng hệ điện tích b/ Năng lượng tương tác tĩnh điện hệ điện tích điểm giả sử có q2 nằm điện trường q1 - Năng lượng tĩnh điện dự trữ q2 : W2 = q2 V2 Trong đó, V2 = Vậy : k q1 điện q1 gây điểm đặt q2 ε r k q1.q2 W2 = q2V2 = ε r - Cũng nói q1 nằm điện trường q2 Năng lượng tĩnh.qđiện dự trữ q1 : k Trong đó, V1 = ε r W1 = q1.V1 điện dokqq1gây điểm đặt q1 q2 W1 = q1V1 = ε r $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1-Năng lượng hệ điện tích ==> W=W1=W2 gọi lượng tương tác tĩnh điện điện tích q1, q2 Để “bình đẳng”, ta viết: W = q1V1 = q2V2 = ( q1V1 + q2V2 ) -Nếu có hệ n điện tích nđiểm lượng tương tác tĩnh điện hệ: ( W = ∑ qiVi ) i= Vi : điện n-1 điện tích điểm gây điểm đặt qi (trừ qi) $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1-Năng lượng hệ điện tích c/ Năng lượng tương tác tĩnh điện vật dẫn tích điện trạng thái cân tĩnh điện giả sử vật dẫn có điện dung C, điện tích Q Vật dự trữ lượng điện W - Chia Q thành dQ: W = V dQ ∫ 2Q - Ở trạng thái cân tĩnh điện, điện điểm vật dẫn có giá trị: V=Q/C, (V=const) Do vậy: 1 1 1Q W = V ∫ dQ = Q.V = Q.V = C.V = Q 2 2 C $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1-Năng lượng hệ điện tích d/ Năng lượng tụ điện tích điện Tụ điện gồm vật dẫn tích điện tụ, điện tích có độ lớn trái dấu: Q1=+Q, Q2=-Q Gọi điện dương V1, âm V2 - Năng lượng tụ điện: 1 W = ( Q1V1 + Q2V2 ) = Q(V1 − V2 ) = Q.U 2 Vậy: 1 Q W = Q.U = C.U = 2 2C $3 NĂNG LƯỢNG CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 2-Năng lượng trường tĩnh điện -Xét lượng tụ điện: 1 ε 0ε S 2 W = C.U = ( E.d ) = ε 0εE V 2 d -Mật độ lượng điện trường: W ωE = = ε 0εE V Năng lượng điện trường vùng không gian bất kỳ: W = ∫ ωE dV (V ) ... điện dung vật dẫn đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn  $2 ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 2- Ý nghĩa điện dung C - Khi nối vật dẫn trung hoà điện A, B dây dẫn với nguồn có điện V=> A, B tích điện điện lượng... vật có điện lượng lớn tích điện tích lớn => Điện dung vật dẫn đặc trưng cho khả tích điện vật : C=Q/V - Cho V=1 vơn =>C=Q : điện dung vật dẫn = lượng điện tích mà vật tích điện vơn  $2 ĐIỆN DUNG. .. CỦA VẬT DẪN 1-? ?ịnh nghĩa - Giả sử ta truyền cho vật dẫn A: lượng điện tích Q Theo tính chất vật dẫn mang điện trạng thái cân tĩnh điện, điện tích Q phân bố mặt vật dẫn cho điện trường vật dẫn -