Ôn tập kiến thức điện trường - Huỳnh Hoàng Kha

Nội dung text: Ôn tập kiến thức điện trường - Huỳnh Hoàng Kha

1. Huỳnh Hoàng Kha I. TĨNH ĐIỆN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Hai loại điện tích + Có hai loại điện tích: điện tích dương (+) và điện tích âm (-). + Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. + Đơn vị điện tích là culông (C). 2. Sự nhiễm điện của các vật + Nhiễm điện do cọ xát: hai vật không nhiễm điện khi cọ xát với nhau thì có thể làm chúng nhiễm điện trái dấu nhau. + Nhiễm điện do tiếp xúc: cho thanh kim loại không nhiễm điện chạm vào quả cầu đã nhiễm điện thì thanh kim loại nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu. Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại vẫn còn nhiễm điện. + Nhiễm điện do hưởng ứng: đưa thanh kim loại không nhiễm điện đến gần quả cầu nhiễm điện nhưng không chạm vào quả cầu, thì hai đầu thanh kim loại sẽ nhiễm điện. Đầu gần quả cầu hơn nhiễm điện trái dấu với điện tích của quả cầu, đầu xa hơn nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu. Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại trở về trạng thái không nhiễm điện như lúc đầu. 3. Định luật Culông + Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên tỉ lệ thuận với tích các độ lớn của hai điện tích đó và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. |q q | Nm2 F = k. 1 2 ; k = 9.109 ; e là hằng số điện môi của môi ε.r 2 C 2 trường; trong chân không (hay gần đúng là trong không khí) thì e = 1. + Véc tơ lực tương tác giữa hai điện tích điểm: Có điểm đặt trên mỗi điện tích; Có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích; Có chiều: đẩy nhau nếu cùng dấu, hút nhau nếu trái dấu; 9.109 |q q | Có độ lớn: F = 1 2 . ε.r 2 + Lực tương tác giữa nhiều điện tích điểm lên một điện tích điểm: ® ® ® ® FFFF=1 + 2 + + n 4. Thuyết electron + Bình thường tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng không, nguyên tử trung hoà về điện.
2. Huỳnh Hoàng Kha ® ® + Lực tác dụng của điện trường lên điện tích: F = q E . + Đường sức điện là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường sức cũng trùng với hướng của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó. + Tính chất của đường sức: - Tại mỗi điểm trong điện trường ta có thể vẽ được một đường sức điện và chỉ một mà thôi. Các đường sức điện không cắt nhau. - Các đường sức điện trường tĩnh là các đường không khép kín. - Nơi nào cường độ điện trường lớn hơn thì các đường sức điện ở đó sẽ được vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cường độ điện trường nhỏ hơn thì các đường sức điện ở đó sẽ được vẽ thưa hơn. + Một điện trường mà cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là điện trường đều. Điện trường đều có các đường sức điện song song và cách đều nhau. 7. Công của lực điện – Điện thế – Hiệu điện thế + Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường, do đó người ta nói điện trường tĩnh là một trường thế. AMN = q.E.MN.cosa = qEd + Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q. AM¥ VM = q + Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N và độ lớn của q. AMN UMN = VM – VN = q + Đơn vị hiệu điện thế là vôn (V). U + Hệ thức giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế: E = . d
3. Huỳnh Hoàng Kha B. CÁC CÔNG THỨC 9.109 .|q q | + Lực tương tác giữa hai điện tích điểm: F = 1 2 . ε.r 2 + Lực tương tác của nhiều điện tích lên một điện tích: ® ® ® ® FFFF= +2 + + n . 9.109 .|q | + Cường độ điện trường gây bởi một điện tích điểm: E = . ε.r 2 ® ® ® ® + Nguyên lí chồng chất điện trường: EEEE=1 + 2 + + n . ® ® + Lực điện trường tác dụng lên điện tích điểm: F= q E . + Công của lực điện trường: A = q(VB – VC) = qUBC. U + Liên hệ giữa E và U trong điện trường đều: E = ; d ® Véc tơ E hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp. Q + Điện dung của tụ điện C = . U εS + Điện dung của tụ điện phẵng C = . 9.109.4πd + Các tụ điện ghép song song: U = U1 = U2 = = Un; Q = q1 + q2 + + qn; C = C1 + C2 + + Cn; Điện dung của bộ tụ ghép song song lớn hơn điện dung của các tụ thành phần; ghép song song để tăng điện dung của bộ tụ. + Các tụ điện ghép nối tiếp: Q = q1 = q2 = = qn; U = U1 + U2 + + Un; 1 1 1 1 = + + + ; CCCC 1 2 n Điện dung của bộ tụ ghép nối tiếp nhỏ hơn điện dung của mỗi tụ thành phần; ghép nối tiếp để tăng hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ. 1 1 Q 2 1 + Năng lượng tụ điện đã tích điện: W = QU = = CU2. 2 2 C 2 + Định lý động năng: DWđ = A.
4. Huỳnh Hoàng Kha 3. Điện năng. Công suất điện + Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích. + Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. A P = = UI. t + Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó: Q = RI2t. + Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt Q lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian: P = = RI2. t + Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch. Ang = EIt. + Công suất của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch: Png = EI. + Để đo công suất điện người ta dùng oát-kế. Để đo công của dòng điện, tức là điện năng tiêu thụ, người ta dùng máy đếm điện năng hay công tơ điện. Điện năng tiêu thụ thường được tính ra kilôoat giờ (kWh). 1kW.h = 3 600 000J 4. Định luật Ôm đối với toàn mạch + Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch E đó: I = . R N + r + Tích của cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch và điện trở của nó được gọi là độ giảm thế trên đoạn mạch đó. Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong: E = IRN + Ir.
5. Huỳnh Hoàng Kha dòng điện chạy qua nó đi từ cực dương sang cực âm; trước ei đặt dấu “–” nếu dòng điện qua nó đi từ cực âm sang cực dương. + Các nguồn ghép nối tiếp: eb = e1 + e2 + + en ; rb = r1 + r2 + + rn. + Các nguồn giống nhau ghép nối tiếp: eb = ne; rb = nr. r + Các nguồn điện giống nhau ghép song song: eb = e; rb = . m nr + Các nguồn giống nhau ghép hỗn hợp đối xứng: eb = ne; rb = . m
6. Huỳnh Hoàng Kha + Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, 3. Dòng điện trong chất khí + Hạt tải điện trong chất khí là các ion dương, ion âm và các electron, có được do chất khí bị ion hoá. + Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các electron ngược chiều điện trường. + Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí xảy ra khi ta phải dùng tác nhân ion hóa từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí. + Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí: - Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng cao, khiến phân tử khí bị ion hóa. - Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ thấp. - Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron. - Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật ra các electron. + Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngoài. + Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành trong chất khí khi có điện trường đủ mạnh để làm ion hóa chất khí. Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí ở điều kiện thường, khi điện trường đạt đến ngưỡng vào khoảng 3.106 V/m. Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ nổ để đốt hỗn hợp nổ trong xilanh. + Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành khi dòng điện qua chất khí có thể giữ được nhiệt độ cao của catôt để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron. Hồ quang điện có thể kèm theo tỏa nhiệt và tỏa sáng rất mạnh. Hồ quang điện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu, 4. Dòng điện trong chất bán dẫn + Chất bán dẫn là một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gecmani và silic.
7. Huỳnh Hoàng Kha IV. TỪ TRƯỜNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Từ trường + Xung quanh mỗi nam châm hay mỗi dòng điện tồn tại một từ trường. + Từ trường là một dạng vật chất mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong khoảng không gian có từ trường. + Tại một điểm trong không gian có từ trường, hướng của từ trường là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó. + Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó. + Các tính chất của đường sức từ: - Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường chỉ vẽ được một đường sức từ. - Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu. - Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc). - Quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chổ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ mau và chổ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa. 2. Cảm ứng từ + Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường xác định một véc tơ cảm ứng từ: - Có hướng trùng với hướng của từ trường; F - Có độ lớn bằng , với F là độ lớn của lực từ tác dụng lên phần Il tử dòng điện có độ dài l, cường độ I, đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó. Đơn vị cảm ứng từ là tesla (T). Từ trường đều là từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau. Đường sức từ của từ trường đều là các đường thẳng song song, cách đều nhau. ® + Véc tơ cảm ứng từ B do dòng điện thẳng rất dài gây ra: Có điểm đặt tại điểm ta xét;
8. Huỳnh Hoàng Kha + Lực Lo-ren-xơ Lực Lo-ren-xơ là lực do từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động. ® Lực Lo-ren-xơ f : - Có điểm đặt trên điện tích; ® ® - Có phương vuông góc với v và B ; - Có chiều: xác định theo qui tắc bàn tay trái: để bàn tay trái mở ® rộng sao cho véc tơ B hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ® ® ngón tay giữa là chiều của v khi q > 0 và ngược chiều v khi q < 0. Lúc đó, chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra; - Có độ lớn f = |q|vBsina. B. CÁC CÔNG THỨC + Cảm ứng từ do dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng gây ra tại điểm I -7 . cách dây dẫn một khoảng r: B = 2.10 r + Cảm ứng từ do dòng điện chạy trong vòng dây tròn gây ra tại tâm NI vòng dây: B = 2p.10-7. (N là số vòng dây). r + Cảm ứng từ do dòng điện chạy trong ống dây dài hình trụ gây ra N trong lòng ống dây: B = 4p.10-7 I = 4p.10-7nI. l ® ® ® ® + Nguyên lý chồng chất từ trường: B = B 1 + B 2 + + B n . + Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện: F = BIlsina.
9. Huỳnh Hoàng Kha N 2 + Hệ số tự cảm của một ống dây dài: L = 4p.10-7m S. l Đơn vị độ tự cảm là henry (H). + Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch. Di + Suất điện động tự cảm: etc = - L . Dt 1 2 + Năng lượng từ trường của ống dây có dòng điện: WL = Li . 2 B. CÁC CÔNG THỨC ® ® + Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường: F = NBScos( n, B ). DF + Suất điện động cảm ứng: ec = - N . Dt N 2 + Hệ số tự cảm của ống dây: L = 4p.10-7m S. l + Từ thông tự cảm qua ống dây có dòng điện i chạy qua: F = Li Di + Suất điện động tự cảm: etc = - L . Dt 1 2 + Năng lượng từ trường của ống dây: WL = Li . 2