Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Bài: Dòng điện & vật dẫn - Nguyễn Công Phương

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Bài: Dòng điện & vật dẫn - Nguyễn Công Phương

1. Nguyễn Công Phương Lý thuy ếttrt trường điệntn từ Dòng điện & vật dẫn
2. Dòng điện & vật dẫn • Dòng điệnn&m & mật độ dòng điện •Vật dẫn kim loại • Tính chấtvt vậttd dẫnn& & điềuuki kiệnnb bờ •Phương pháp soi gương • Bán d ẫn Dòng điện & vật dẫn 3
3. Dòng điện & mật độ dòng điện (2) • Dòng điện: bi ếnnthiên thiên điện tích (theo th ời gian) qua m ột mặt, đơn vị A •Mật độ dòng điện: J (A/m2) •Gia số của dòng điện qua một vi phân mặt vuông góc với mật độ dòng điện: ΔI = JNΔS • Nếu mật độ dòn g điện khôn g vuôn g góc v ới mặt: ΔI = J.ΔS • Dòng t ổng: Id JSJ. S S Dòng điện & vật dẫn 5
4. Dòng điện & mật độ dòng điện (4) Ví dụ 1 z 2 2 2 z = 2 Cho J = 10ρ zaρ – 4ρcos φaφ mA/m . Tính dòng điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ. z = 1 Id JSJ. S JSJ .dS ρ =3= 3 S S 3 x y Ja 10.322z 4.3cos a z 3 dρ 2 90zaa 12cos zzd+dz dz ddddddddSa z 3dd z a z 0 φ x φ+dφ ρ ρdφ Dòng điện & vật dẫn ρ+dρ 7
5. Dòng điện & mật độ dòng điện (5) Dòng điện chảy ra khỏi một mặt kín: I J.d S  S Điện tích d ương trong m ặtkín:t kín: Qi Định luật bảo toàn điện tích dQ IdJ. S i  S dt • Trong lý thuyết mạch, I = dQ/dt vì đó là dòng chảy vào • Trong lý thuyết trường, I = – dQ/dt vì đó là dòng chảy ra Dòng điện & vật dẫn 9
6. Ví dụ 2 Dòng điện & mật độ dòng điện (7) e t Khảo sát mật độ dòng điện Ja A/m2. r r e t IJS (4 r2 ) 4 re t r r I 45 e 1 23,1A tr 1s, 5m Ie 46 1 277A27,7A tr 1s, 6m Dòng điện & vật dẫn 11
7. Dòng điện & vật dẫn • Dòng điệnn&m & mật độ dòng điện • Vật dẫn kim loại • Tính chấtvt vậttd dẫnn& & điềuuki kiệnnb bờ •Phương pháp soi gương • Bán d ẫn Dòng điện & vật dẫn 13
8. Vật dẫn kim loại (2) F = – eE • Trong chân không, vận tốc của điện tử sẽ tăng liên tục • Trong v ậtdt dẫnnv, vậnnt tốccnàys này sẽ tiến đếnnm một giá tr ị trung bình hằng số: vd = – μeE 2 • μe: độ cơđộng của điệntử, đơn vị m /Vs, luôn dương • VD: Al: 0 ,0012; Cu: 0 ,0032; Ag: 0 ,0056 • J = ρvv • → J = – ρe μeE Dòng điện & vật dẫn 15
9. Vật dẫn kim loại (4) E không đổi E J S I σ I J.d S JS J S S J không đổi a L Vd EL. ab b a VI L EL. d  VI b LS S E.L E.L VRI ba ab L R (luật Ohm) VEL V  S J  JE  L a V E.d L R ab b I  ES.d S Dòng điện & vật dẫn 17
10. Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (1) • Giả sử có m ộtst số điệntn tử xuấtthi hiện bên trong vậttd dẫn • Các điện tử sẽ tách xa ra khỏi nhau, cho đến khi chúng tới bề mặt của vật dẫn • Tính chất 1: mật độ điện tích bên trong vật dẫn bằng zero, bề mặt vật dẫn có một điện tích mặt • Bên trong vật dẫn không có điện tích → không có dòng điện → cường độ điện trường bằng zero (theo định luật Ohm) • Tính chất 2: cường độ điện trường bên trong vật dẫn bằng zero Dòng điện & vật dẫn 19
11. Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ (3) EN E D ΔS a Δw b Δh DEtt tt 0 Δh Δh D c N d Δw Ett DENNS 0 Dtt Vật dẫn x Vd EL.0 xy y Tính chất của vật dẫn trong điện trường tĩnh: 1. Cường độ điện trường tĩnh trong vật dẫn bằng zero 2. Cường độ điện trường tĩnh tại bề mặt của vật dẫn vuông góc với bề mặt đó tại mọi điểm 3. Bề mặt của vật dẫn có tính đẳng thế Dòng điện & vật dẫn 21
12. Dòng điện & vật dẫn • Dòng điệnn&m & mật độ dòng điện •Vật dẫn kim loại • Tính chấtvt vậttd dẫnn& & điềuuki kiệnnb bờ • Phương pháp soi gương • Bán d ẫn Dòng điện & vật dẫn 23
13. Phương pháp soi gương (2) + Q + Q Mặt đẳng thế, V = 0 Mặt phẳng dẫn, V = 0 – Q + Q + Q Mặt đẳng thế, V = 0 Mặt phẳng dẫn, V = 0 – Q Dòng điện & vật dẫn 25
14. z Ví dụ 2 Phương pháp soi gương (4) 40 nC/m Tìm mật độ điện tích mặt tại P ? Mặt phẳng dẫn Raa 23x z Raa 23x z 40.10 9 23aa Ea L x z x y 2  R R 22 22 0 22323 0 P(2, 5, 0) 9 L 40.10 23aax z Ea R 2  R 22 22 0 22323 0 z 40 n C/m 40.10 9923aa 40.10 23 aa EE E x zxz R+ 2  00 13 13 2 13 13 240.10 9 az 332az V/m x y 2.13 0 P 12 2 SN 0E 8,854.10 .332 2,938 nC/m R– – 40 nC/m Dòng điện & vật dẫn 27
15. Bán dẫn • Germani, silicon – – • Điện dẫn suất của kim loại: J – – E – – σ = – ρe μe – – • Điện dẫn suất của bán dẫn: σ = – ρe μe + ρh μh • h: lỗ trống – J – E – • Ở 300K: – – 2 2 – μe, Germani: 0,36 m /Vs; μh, Germani: 0,17 m /Vs 2 2 – μe, Silicon: 0,12 m /Vs; μh, Silicon: 0,025 m /Vs Dòng điện & vật dẫn 29