Bài giảng Trường điện từ - Chương 2: Trường điện tĩnh - Lecture 6: Vật liệu trong trường điện tĩnh, năng lượng, tụ điện & điện dung - Trần Quang Việt

Nội dung text: Bài giảng Trường điện từ - Chương 2: Trường điện tĩnh - Lecture 6: Vật liệu trong trường điện tĩnh, năng lượng, tụ điện & điện dung - Trần Quang Việt

1. Ch ươ ng 2 – Tr ường điện tĩnh Lecture-6: Vật li ệu trong tr ường điện tĩnh, năng lượng, tụ điện & điện dung [4. Use Gauss’ Law and Poisson’s Equation to find fields for charge distributions and determine the capacitance of simple structures] [5. Understand the behavior of electric field in the presence of dielectric and conducting materials.]  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 4. Vật li ệu trong tr ường điện tĩnh a) Vật dẫn trong tr ường điện tĩnh b) Điện môi trong tr ường điện tĩnh  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 1
2. a) Vật dẫn trong tr ường điện tĩnh
   Ứng dụng: màn ch ắn điện
    E ng ≠ 0 E = 0
    E ng ≠ 0 Màn đin  Màn điện được dùng để ch ống nhi ễu của tr ường ngoài  Trong th ực tế màn điện được thay bằng lưới kim lo ại  Lưới kim lo ại nối đất sẽ ng ăn được ảnh hưởng của tr ường ngoài vào bên trong và tr ường bên trong ra bên ngoài  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 b) Điện môi trong tr ường điện tĩnh
   Điện môi trong tr ường điện tĩnh -> bị phân cực và xu ất điện điện tích phân cực (liên kết) th ỏa:
   
   
   
   
   
   
    q=−−− PdS với: P=− Dε E = ( ε − ε )E (C/m2 ) p ∫∫∫ S 0 0  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 3
3. 5. Năng lượng tr ường điện
   Năng lượng tr ường điện tĩnh của hệ điện tích điểm: q: W = 0 1 →q1 R12 =R 21 q q1 2 q2: W→q = q 2ϕ 21 2 R1n =R n1 q: W= q (ϕ + ϕ ) 3→q3 3 31 32 qn R23 =R 32 q q: W= q (ϕ + ϕ ++ ϕ ) R3n =R n3 3 n→ qn nn1 n 2 nn ( − 1) Wqq→Total=2ϕ 21 + 3( ϕϕ 31 +++ 32 ) q n ( ϕϕ n 1 +++ n 2 ϕ n ( n − 1) ) 1 n W→Total= ∑ q kkϕ 2 k=1 1 n Total positioning = Energy of W= q ϕ Work Field ⇔ e∑ k k 2 k=1  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 5. Năng lượng tr ường điện
   Năng lượng tr ường điện tĩnh của hệ điện tích phân bố: 1 1 1 W=ρϕ dV + ρϕ dS + ρϕ d  e2∫V v 2 ∫ S s 2 ∫ L
   Năng lượng tr ường điện tĩnh tính theo mật độ năng lượng trong th ể tích V: (gi ả sử hệ liên tục)
    W= 1 ρ ϕ dV = 1 ρ ϕ dV = 1 ϕdivDdV e2 ∫V v 2 ∫V v 2 ∫V
   
   
    ∞ ∞ div(ϕ D ) = ϕ divD + Dgrad ϕ
   
   
   
    ⇒ W= 1 EDdV ⇒ w= 1 EDJm ( /3 ) ∴ e 2 ∫ e 2 V∞ ậ độ ườ đ ệ
   
    (M t NL tr ng i n) ⇒ W=1 EDdV = 1 ε E2 dV ( J ) e 2∫V 2 ∫ V  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 5
4. 6. Tụ điện và điện dung
   Năng lượng tr ường điện tích lũy trong tụ điện: W=1ρϕ dS = 1 ϕρ dS + 1 ϕρ dS es2∫ 211 ∫ s 2 2 ∫ s 2 S S1 S 2 ⇒ W= 1 qU ⇒ W= 1 CU 2 W= 1 q 2 e 2 e 2 e 2C (C đặc tr ưng cho kh ả năng tích lũy NLTĐ của tụ điện)
   Các dạng tụ điện th ường gặp: Ph ẳng Tr ụ Cầu b a  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 6. Tụ điện và điện dung
   Tính điện dung của tụ điện:  Gi ả sử bi ết U  tính q  tính C  Gi ả sử bi ết q  tính U  tính C  Gi ả sử bi ết U  tính We  tính C  Gi ả sử bi ết q  tính We  tính C  TranTr ần Quang Vi Vietệt – BMCSFaculty – of Khoa EEEĐ –iệ HCMUT-Semestern – ĐHBK Tp.HCM 1/13-14 7