Bài giảng Vật lí - Chương VII: Vật dẫn

Nội dung text: Bài giảng Vật lí - Chương VII: Vật dẫn

1. Chương VII VẬT DẪN
2. I.Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 1. Định nghĩa: Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là vật dẫn mà trong đó các điện tích đã nằm cân bằng (nghĩa là không chuyển động có hướng để tạo thành dòng điện) 2. Điều kiện cân bằng tĩnh điện a) Vectơ CĐĐT bên trong vật dẫn bằng không. b) Tại mọi điểm trên bề mặt vật dẫn, vectơ CĐĐT phải vuông góc với bề mặt vật dẫn.
3. 3. Tính chất a) Vật dẫn là một khối đẳng thế. b) Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt vật dẫn; bên trong vật dẫn, điện tích bằng không (các điện tích dương và âm trung hòa lẫn nhau) c) Sư phân bố điện tích trên mặt vật dẫn chỉ phụ thuộc vào hình dạng của mặt đó, những chỗ lồi điện tích tập trung nhiều. •
4. Điện hưởng một phần: Khi đặt vật dẫn chưa mang điện (B) gần quả cầu mang điện (A) . Gọi Q và Q’ lần lượt là điện tích tổng cộng trên vật mang điện A và độ lớn của cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn (BC) - + Q’ 0 - + - + A B Điện hưởng toàn phần: Khi vật dẫn (B) bao bọc hoàn toàn vật mang điện (A) + + + + - - - + Q’ = Q + - Q > 0 Q > 0 - + - A B + + - - + + - +
5. IV. Tụ điện 1. Định nghĩa: Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau hoặc bao bọc hoàn toàn nhau sao cho giữa chúng xảy ra hiện tượng điện hưởng toàn phần. Hai vật dẫn gọi là hai bản tụ 2. Điện dung của tụ điện Gọi V1 là điện thế của bản tích điện dương Q, V2 là điện thế của bản tích điện âm –Q Điện dung của tụ điện : Q Q C V1 V2 U U = V1 – V2 là hiệu điện thế giữa bản tích điện dương và âm
6. • Vì khoảng cách giữa hai bản rất nhỏ so với kích thước của mỗi bản nên điện trường trong khoảng không gian giữa hai bản có thể coi là điện trường do hai mặt phẳng song song vô hạn, tích điện đều bằng nhau nhưng trái dấu gây ra.  + + + + + S+ + + + + + + V1 E E E d E E E - - - - - - - - - - - - - - - V2    -Q 20 20  0 • Hiệu điện thế giữa hai bản tụ : Qd U V1 V2 Ed  0S Q  S C 0 • Điện dung của tụ điện phẳng: U d
7. V. Năng lượng điện trường 1. Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm Trường hợp hệ điện tích điểm gồm hai điện tích điểm q1 và q2,cách nhau một khoảng r, thế năng của điện tích q2 đặt trong điện trường của điện tích q là: 1 kq q 1 kq 1 kq W 1 2 q 2 q 1  r 2 1  r 2 2  r 1 W q V q V 2 1 1 2 2 kq2 V là điện thế do q2 gây ra tại vị trí của q1 1 r kq V 1 1  r là điện thế do q1 gây ra tại vị trí của q2
8. • Trường hợp điện tích phân bố liên tục 1 W dq.V 2 • V là điện thế của phần tử mang điện tích dq
9. 4.Năng lượng điện trường Mật độ năng lượng điện trường là năng lượng điện trường trong một đơn vị thể tích của không gian có điện trường. Xét tụ điện phẳng, theo trên ta có: 1 1 1 W qU  SEd   E 2 2 2 2 0 W 1 1      E 2 E.D e  2 0 2 Kết quả này cũng đúng cho điện trường bất kỳ. Do đó năng lượng điện trường định xứ trong một thể tích τ là: W w d e 
10.    Ta có: E E1 E 2 ; V V1 V2 a) Tại r = 1cm E1 0, E2 0 E 0 kQ kQ V 1 2 R1 R2 9 2 9 9.10 ( .10 ) 9 9 9.10 (3.10 ) 3 4.10 2 2.10 2 1200V
11. c) r = 3cm E1 0; kQ 9.109.3.10 9 E 2 3.104V / m 2 (3.10 2 )2 9.10 4 E 3.104V / m kQ kQ V 1 2 R1 r 9 2 9 9.10 .( .10 ) 9 9 9.10 .(3.10 ) 3 750V 4.10 2 3.10 2
12. 2) Cho ba điện tích điểm -8 -8 q1 = -4.10 C ; q2 = 5.10 C; -8 q3 = 3.10 C lần lượt đặt tại 3 đỉnh A, B, C của một hình chữ nhật ABCD cạnh AB = 3cm; BC = 4cm. Tính năng lượng tương tác của hệ 3 điện tích này.
13. 3)Hai đoạn dây thẳng, mảnh giống nhau, mỗi đoạn có chiều dài 2L được tích điện đều với mật độ điện dài λ. Người ta đặt hai đoạn dây cùng nằm trên một đường thẳng, khoảng cách giữa hai đầu gần nhất bằng a. Tìm thế năng tương tác của hai đoạn dây này trong chân không. 2L x a
14. 4) Hai quả cầu kim loại bán kính lần lượt là R1 và R2 với R2 = 2R1 đặt rất xa nhau, được nối với nhau bằng sợi dây dẫn mảnh được tích điện tổng cộng là Q = 9.10-8C. Tính điện tích trên mỗi quả cầu.
15. 5)Hai quả cầu kim loại tích điện, tiếp xúc với nhau và cân bằng điện. Bán kính và điện tích của chúng lần lượt là R1; q1 và R2 và q2. Nếu R2 = 2R1, so sánh điện tích của hai quả cầu.
16. 6) Một quả cầu bán kính R mang điện tích Q phân bố đều với mật độ điện tích khối ρ. Tính: a) Năng lượng điện trường bên trong quả cầu b) Năng lượng điện trường bên ngoài quả cầu c) Năng lượng điện trường trong toàn không gian
17. b) Bên ngoài quả cầu Q E k r 2 1 k 2Q2 1 Q2 W  4 r 2dr k ext 0 4 2 R r 2 R c) 3 Q2 W W W k in ext 5 R