Bài giảng Điện học - Chương II: Vật dẫn trong điện trường

Bài giảng Điện học - Chương II: Vật dẫn trong điện trường trình bày các nội dung chính về thuyết điện tử tự do trong kim loại, sự cân bằng điện tích trên vật dẫn, vật dẫn trong điện trường ngoài, điện dung của vật dẫn cô lập, điện dung của hai vật dẫn, tụ điện, tụ điện phẳng, trụ và cầu, ghép tụ điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện học - Chương II: Vật dẫn trong điện trườngII. Vật dẫn trong điện trường 1Nội dung Thuyết điện tử tự do trong kim loại. Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn. Vật dẫn trong điện trường ngoài. Điện dung của vật dẫn cô lập. Điện dung của hai vật dẫn. Tụ điện. Tụ điện phẳng, trụ và cầu. Ghép tụ điện. 2Mục tiêu Nắm được khái niệm điện tử tự do, định xứ, phân loại vật liệu theo tính dẫn điện. Các tính chất của vật dẫn trong điện trường. Khái niệm về điện dung, tụ điện. Vận dụng tính điện dung trong một số trường hợp cụ thể. 3II.1Thuyết điện tử tự do trong kim loại. 41. Phân biệt vật chất theo tính dẫn điệnVật dẫn điện: điện tích có thể chuyển động tự do trongtoàn bộ thể tích.VD: kim loại.Chất cách điện (điện môi): điện tích định xứ/kém tựdo.VD: gỗ, giấy, nhựa.Bán dẫn.VD: Si, Ge.Siêu dẫn.Hg, Y-Ba-Ca-O 5 2. Yếu tố quyết định tính dẫn điện ?Cấu tạo và bản chất điện của các nguyên tử. Kim loại: - ion dương sắp xếp trật tự tạo thành mạng tinh thể, dao động nhiệt nhỏ quanh nút mạng. - điện tử hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử, tách khỏi nguyên tử thành điện tử dẫn. Điện môi: - điện tích không chuyển động tự do, ví dụ điện tử liên kết mạnh với nguyên tử. 6II.2Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn. Vật dẫn trong điện trường ngoài. 71. Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn.Vật dẫn cân bằng điện tích: trạng thái điện tích tự donằm cân bằng (không chuyển động tạo thành dòng điện).Điều kiện cân bằng tĩnh điện:- Vector cường độ điện trường tại mọi điểm trong vật dẫnphải bằng 0.- Tại mọi điểm trên bề mặt vật dẫn, thành phần tiếp tuyếncủa vector cường độ điện trường bằng 0, vector cường độđiện trường vuông góc với bề mặt vật dẫn. 82. Tính chất của vật dẫn mang điệnVật dẫn cân bằng tĩnh điện là một khốiđẳng thế (equipotential object)Nếu một vật dẫn có một điện tích q và ởtrạng thái cân bằng tĩnh điện thì điện tíchq chỉ được phân bố trên bề mặt củavật dẫn, bên trong vật dẫn tổng đại sốđiện tích bằng 0.Ứng dụng: máy phát tĩnh điện, màn điện.Sự phân bố điện tích trên mặt vật dẫn chỉphụ thuộc vào hình dạng của mặt. 93. Vật dẫn trong điện trường ngoài.Hiện tượng điện hưởng:Hiện tượng các điện tích cảm ứng xuất hiện trên bề mặt vật dẫn khiđặt trong điện trường ngoài được gọi là hiện tượng điện hưởng (hiệntượng cảm ứng tĩnh điện). 10Vật dẫn trong điện trường ngoài (cont.1)Định lý các phần tử tương ứng:Điện tích cảm ứng trên các phần tử tương ứng có độ lớnbằng nhau và trái dấu: ∆q’ = ∆qÝ nghĩa: cho thấy mối quan hệ giữa điện tích của vật mangđiện và điện tích cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn. 11Điện hưởng một phần và toàn phầnĐiện hưởng một phần:Độ lớn của điện tích cảm ứngtrên vật dẫn nhỏ hơn độ lớnđiện tích trên vật mang điện.Điện hưởng toàn phần:Độ lớn của điện tích cảm ứngtrên vật dẫn bằng độ lớn điệntích trên vật mang điện. 12II.3Điện dung của các vật dẫn. Tụ điện. 131. Điện dung của vật dẫn cô lập.Điện thế của vật dẫn cô lập tỉ lệ với điện tích của vật dẫn đó:q = C.Vhệ số tỉ lệ C: điện dung của vật dẫn, phụ thuộc hình dạng, kíchthước, tính chất của môi trường cách điện bao quanh vật dẫn.Định nghĩa: V = 1 → C = V:Điện dung của vật dẫn cô lập là một đại lượng về giá trị bằngđiện tích cần truyền cho vật dẫn để điện thế của vật dẫn tăngthêm một đơn vị điện thế.Đơn vị: F = C/V. 142. Điện dung của hai vật dẫn.Điện dung của hai vật dẫn:Xét 2 vật dẫn 1 và 2 ở trạng thái cân bằng điện với điện tích vàđiện thế là q1, V1 và q2, V2.+ q1 = C11.V1 + α12.V2+ q2 = α21.V1 + C22.V2với Cii: điện dung của vật dẫn i, αij: hệ số tích điện (độ điệnhưởng) của vật dẫn i gây ra bởi vật dẫn j.Một số tính chất: Cii ≥ 0, Cij = Cji. nHệ n vật dẫn: q = C .V + i ii i ∑α j ≠i ij .V j 153. Tụ điện.Định nghĩa: tụ điện là 1 hệ gồm hai vậtdẫn cô lập, được gọi là hai bản tụ, ởtrạng thái điện hưởng toàn phần.Tính chất:- Điện tích xuất hiện trên hai mặt đốidiện của các bản tụ có giá trị bằng nhauvà trái dấu.- Điện dung C của tụ điện:Q = C.(V1 ...