Bài giảng Vật Lý 1 - Phần 3: Điện từ học - Bài: Vật dẫn & Điện môi - Lê Quang Nguyên

Nội dung text: Bài giảng Vật Lý 1 - Phần 3: Điện từ học - Bài: Vật dẫn & Điện môi - Lê Quang Nguyên

1. Nội dung 1. Vật dẫn a. Vật dẫn cân bằng b. Tụ điện c. Năng lượng điện trường Vật dẫn & Điện môi 2. Điện môi a. Sự phân cực điện môi Lê Quang Nguyên b. Điện trường trong điện môi www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen c. Định luật Gauss trong điện môi nguyenquangle59@yahoo.com d. Điều kiện liên tục trên mặt phân cách e. Các tính chất khác 1a. Vật dẫn cân bằng – Định nghĩa 1a. Vật dẫn cân bằng – Tính chất • Khi vật dẫn được tích điện, các electron sẽ • Điện trường trong vật dẫn bằng không. đẩy nhau và chuyển động • Điện trường trên bề mặt vuông góc với bề • Cho tới khi đến bề mặt vật dẫn. mặt và có độ lớn • Vật dẫn ở trạng thái cân bằng khi các σ electron ngừng chuyển động định hướng, E = σ là mật độ điện tích trên bề mặt ε0 • hay khi dòng điện trong vật dẫn bằng không. • Tất cả các điện tích dư đều nằm trên mặt ngoài của vật dẫn. • Vật dẫn cân bằng là một vật đẳng thế.
2. 1d. Năng lượng điện trường 1d. Năng lượng điện trường (tt) • Năng lượng tụ điện • Năng lượng điện phẳng: trường có mật độ : uedV 1 1 2 Ue = qV ∆= CV ∆ 1 2 2 u= ε E 2 e 2 0 • Ta có: E A C=ε ∆ V = Ed • Năng lượng điện 0 d trường trong (V): (V) • Suy ra: 1 U= ε EdV2 1 A 2 1 e U= ε Ed =ε E 2 Ω Ω = Ad 2 0 ∫ e 2 0 d () 2 0 (V ) 2a. Sự phân cực điện môi 2a. Sự phân cực điện môi – Vectơ phân cực • Khi đặt điện môi trong • Khi phân cực momen dipole trung bình của điện trường ngoài, các điện môi khác không. − + − + dipole trong điện môi sẽ • Momen dipole trung bình tính trên một đơn định hướng theo chiều − + − + vị thể tích gọi là vectơ phân cực P. điện trường, E0 • Với các điện môi đẳng hướng vectơ phân • đó là hiện tượng phân − + − + cực tỷ lệ với điện trường trong điện môi: cực điện môi. − + − +
   
   P= ε χ E • Khi phân cực, trên bề 0 mặt điện môi sẽ xuất hiện các lớp điện tích • χ > 0 là độ cảm điện (không có thứ nguyên). liên kết .
3. 2c. Định luật Gauss trong điện môi (tt) 2d. Điều kiện trên mặt phân cách • Định luật Gauss trong điện môi: • Ở gần mặt phân cách hai n điện môi, D2n
   
   D2 ⋅ =
   ∫ D ndS Q S • thành phần pháp tuyến (S ) của D thay đổi liên tục: D1 D1n • QS là điện tích tự do toàn phần trong (S), D1n= D 2 n không cần xét đến các điện tích liên kết. E2 • Dạng vi phân:
   • thành phần tiếp tuyến divD = ρ E của E thay đổi liên tục: 1t t E2t • ρ là mật độ điện tích tự do. E1t= E 2 t E1 2e. Các tính chất khác • Khi khoảng giữa hai bản tụ điện được lấp đầy bởi một điện môi đẳng hướng, điện dung của tụ điện tăng lên ε lần . • Mật độ năng lượng điện trường trong điện môi: 1 1
   
   u= ε ε E 2 =E ⋅ D e 2 0 2