Tóm tắt bài giảng phần Điện-Từ - Chương 7: Điện môi & vật dẫn - Nguyễn Minh Châu

Nội dung text: Tóm tắt bài giảng phần Điện-Từ - Chương 7: Điện môi & vật dẫn - Nguyễn Minh Châu

1. Toùm taét baøi giaûng phaàn Ñieän-Töø cuûa GVC: Nguyeãn – Minh – Chaâu CHƯƠNG 7: ĐIỆN MÔI & VẬT DẪN Điện môi hay chất cách điện có cấu tạo số điện tử ngoài cùng lớn hơn 4, liên kết mạnh với hạt nhân nên không bứt ra thành những điện tử tự do. Dưới tác dụng của điện trường ngoài hay điện thế thì các điện tích chịu tác dụng của lực điện chỉ làm lệch vị trí của điện tích chứ không chuyển động nên điện môi không dẫn điện. Nếu điện trường ngoài rất mạnh thì các điện tử bị bứt ra khỏi nguyên tử thành những điện tử tự do di chuyển ngược chiều với điện trường, ta nói điện môi bị phá hủy => vật dẫn. 7.1 HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI G 1) Định nghĩa: E0 Đặt thanh điện môi trong điện trường ngoài hay gần vật tích điện −q +q thì hai bề mặt A và B đối diện với điện trường của chất môi tích Q G A E ' B điện trái dấu gọi là điện tích liên kết. G 2) Giải thích E0 a. Điện môi phân tử không phân cực: G Gồm phân tử có phân bố electron đối xứng (Ex: H2; G+ pe O2, ), nên trọng tâm của điện tích dương(G+), và G− âm(G−) trùng nhau ⇒ phân tử không phân cực. G Dưới tác dụng của điện trường ngoài E sẽ làm lệch 0 A B trọng tâm của hai điện tích: Trọng tâm của điện tích (G+), (G−) chịu tác dụng của lực điện nên không G G trùng nhau tạo thành một mômen lưỡng cực điện phân tử p e cùng phương chiều vớiE0 : sự phân cực electron. Ở bên trong chất điện môi sẽ trung hòa, và hai mặt A, B đối diện với điện trường tích điện trái dấu. G G G pe = εα0 E0 phụ thuộc E0 : lưỡng cực điện phân tử đàn hồi (α: độ phân cực phân tử) b. Điện môi phân tử phân cực Được cấu tạo bởi phân tử có phân bố electron không đối G xứng (Ex: HCl; CH3Cl;NH3; ) nên trọng tâm điện tích E0 (G+), (G−) không trùng nhau tạo thành một mômen điện G G G p phân tử p có phương chiều hỗn loạn trong chất điện môi p e e e G+ nhưng G . G ∑ pe = 0 G+ G− G G− pe Dưới tác dụng của điện trường ngoài E0 , trọng tâm của điện tích (G+), (G−) chịu tác dụng của lực điện tạo thành G A B một mômen ngẫu lực, làm cho các p quay (định hướng) e G sao cho có phương chiều gần trùng vớiE0 nhưng G pe không đổi (lưỡng cực cứng) : sự phân cực định hướng. Ở bên trong vẫn trung hòa và hai mặt A, B tích điện trái dấu. G G G Nếu điện trườngE0 rất mạnh, lúc này p e cùng phương chiều E0 . c. Điện môi tinh thể: có cấu tạo mạng tinh thể ion dương và âm lồng vào nhau. Dưới tác dụng của G G điện trường ngoài E0 ,các mạng ion dương dịch chuyển theo chiều của E0 còn ion âm ngược chiều gây hiên tượng phân cực:sự phân cực ion. Đối với ba điện môi trên thì hiện tượng phân cực điện môi biến mất khi cắt điện trương ngoài. 7.2 Vectơ phân cực điện môi Điện trường trong chất điện môi. 1)Định nghĩa:Vectơ phân cực điện môi bằng tổng moment điện của các phân tử có trong một đơn G G p vị thể tích khối địên môi: P = ∑ e e ΔV 1
2. Toùm taét baøi giaûng phaàn Ñieän-Töø cuûa GVC: Nguyeãn – Minh – Chaâu VẬT DẪN Vật dẫn (kim loại) được cấu tạo bởi các nguyên tử có số điện tử ở lớp ngoài cùng nhỏ hơn 4 liên kết G yếu với hạt nhân, dễ biến thành những điện tử tự do. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, E hay G G 0 hiệu điện thế thì các điện tử tự do chịu tác dụng của lực điện FE = − e. E0 di chuyển ngược chiều với điện trường tạo thành dòng điện tử,nên kim loại dể dẫn điện. 7.4 VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1) Điều kiện để vật dẫn cân bằng tĩnh điện a. Điện trường bên trong vật dẫn phải bằng 0 . G b. Điện trường E trên bề mặt vật dẫn phải luôn luôn vuông góc với bề mặt vật dẫn. GGG EEEt =0 ⇒ = n . 2) Tính chất a. Vật dẫn là một vật đẳng thế. −=dV E.0 dr =⇒= V hs b. Khi ta truyền cho vật dẫn 1 điện tích q thì toàn bộ điện tích này sẽ phân bố trên bề mặt vật dẫn (bên trong trung hòa). Nếu vật dẫn là mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu thì điện tích phân bố đều trên bề mặt ⎛Q ⎞ ⎜σ = ⎟ . Nếu bề mặt vật dẫn lồi lõm khác nhau thì điện tích tập trung nhiều ở phần lồi và hầu như ⎝⎠S không tích điện ở phần lõm. 7.5 HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG G 1) Định nghĩa G E0 Đặt thanh vật dẫn AB trung hòa trong điện trường E0 hoặc đặt gần -q +q vật tích điện Q >0 thì hai mặt A, B đối diện với điện trường tích điện Q G trái dấu q và +q (gọi là điện tích cãm ứng) A E ' B Giải thích: các điện tử tự do trong vật dẫn dưới tác dụng của G G G điện trường ngoài E sẽ chịu 1 lực F di chuyển ngược chiều E , tích điện –q ở mặt A và +q ở mặt B 0 E G 0 G Khi tích điện thì hai mặt A, B xuất hiện điện trường phụ E 'ngược chiều E . Điện trường tổng hợp bên GG G 0 trong vật dẫn: EE=+0 E' . Hiện tượng tích điện vật dẫn tiếp tục khi E 'chưa bằng E0 và tăng dần cho ' đến lúc E = E0 thì điện trường bên trong vật dẫn bằng 0. Ta có vật dẫn cân bằng tĩnh điện. 2) Phân loại a. Điện hưởng một phần: Khi vật dẫn AB không bao trùm hết vật tích điện Q thì ta có hiện tượng điện hưởng một phần, khi đó q 0 7.6 VẬT DẪN CÔ LẬP (VDCL) 1) Định nghĩa: Vật dẫn cô lập về phương diện điện khi nó đặt cách xa vật khác có gây ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích của vật dẫn. 2) Điện dung của vật dẫn cô lập Truyền cho vật dẫn cô lập một điện tích Q thì vật dẫn có điện thế V, tăng Q thì V tăng theo và ngược Q Q lại, nhưng tỉ số luôn luôn là hằng số gọi là điện dung của vật dẫn cô lập. CF==() hs V V 3
3. Toùm taét baøi giaûng phaàn Ñieän-Töø cuûa GVC: Nguyeãn – Minh – Chaâu 7.8 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 1) Năng lượng điện trường của hệ hai điện tích điểm: q1, q2. kq q WW==12 Etε.r Chính là công của điện tích q2 di chuyển từ r ra vô cùng trong điện trường của q1, hay công người ta di chuyển điện tích q2 từ ∞ đến r trong điện trường của q1 và hoán đổi ngược lại. G F1 1111kq kq ⇔==WW q21 + q = qVqV + . V2 Et2.2.2121εεrr1 222 Đặt: V q2 1 r kq. 2 V1 = điện thế tại q1 do q2 gây ra. ε.r q1 G F1 kq. 1 V2 = điện thế tại q2 do q1 gây ra V ε.r 2 V q2 2) Năng lượng điện trường của hệ điện tích điểm (q1, q2, , qn): 1 r n q1 1 1 Vn WE = ∑ qi. V i =( q1. V 1 + q 2 . V 2 + + qn . V n ) 2 i=1 2 qn Vi là điện thế tại qi do các điện tích khác qi gây ra. VD:Cho một tứ cực tuyến tính như hình vẽ. Tính công tạo tứ cực trên. G F1 1 V2 V3 WqVqVqV=++() V1 a a 2 11 2 2 33 kq.(− 2 ) kq.() −2q +q VV=+= +q 13εε 2aa 2.kq .() V = 2 ε.a 1.⎡⎤kqq.(−− 2 ).() kq(2 )2. kqq .() ( 2 ) ⇒=W ⎢⎥22+ + 2.⎣⎦εεaaa .2. ε 3) Năng lượng điện trường của VDCL. 11 dW=⇔= dqV dW dqV 22∫∫ 11 1Q2 WQ== VCV2 = 22 2C 4) Năng lượng điện trường của tụ điện: 1 1 1 Q 2 WQUCU=. =. 2 = 2 2 2 C 2 5) Năng lượng điện trường: 5