Bài giảng Trường điện từ: Chương 5 - Châu Văn Bảo (ĐH Công nghiệp TP.HCM)

Mời các bạn cùng tham khảo Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Vật dẫn điện, điện môi, điện trở và điện dung. Trong chương này, các bạn sẽ được áp dụng những định luật và các phương pháp đã học để xét một số vật liệu chủ yếu của vật liệu dẫn điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Trường điện từ: Chương 5 - Châu Văn Bảo (ĐH Công nghiệp TP.HCM) Chương 5. VẬT DẪN ĐIỆN, ĐIỆN MÔI, ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNGn Trong chương này, chúng ta áp dụng những định luật và các phương pháp mà chúng ta đã học để xét một số vật liệu chủ yếu của vật liệu dẫn điện.l Định nghĩa dòng điện và mật độ dòng điện.l Xét một số vật liệu dẫn điện và trình bày Ohm định luật ở hai dạng điểm và dạng tích phân.l Tính điện trở của một số vật dẫn có dạng hình học đơn giản.l Tìm điều kiện biên ở bề mặt của các vật dẫn điện.l Giới thiệu phương pháp ảnh điện. 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 1Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆN1. Dòng điện I (A)Điện tích chuyển động tạo thành dòng điện. Nếu trong một thờigian vô cùng nhỏ dt, một điện tích rất nhỏ dQ đi qua một điểm quychiếu, hoặc xuyên qua một mặt phẳng qui chiếu thì dòng điệnđược xác định là dQ I= (1) dtDòng điện được định nghĩa là sự chuyển động của những điện tíchdương, chạy trong các vật liệu dẫn điện xuyên qua sự chuyển độngcủa những điện tử. Đơn vị của dòng điện là ampere (A), là dòngđiện tạo ra khi điện tích bằng 1C đi qua điểm qui chiếu trong 1s. 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 2Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆN2. Mật độ dòng điện J (A/m2) l Xét một phân bố điện tích khối với mật độ khối ρv. • Mật độ dòng điện là một vectơ được ký hiệu là J (A/m2). Một thể tích ∆v chứa một điện tích ∆Q = ρv∆v (Fig 5.1a). • Giả sử điện tích chuyển động với vận tốc là v. • Xét hình hộp có diện tích đáy là ∆S vuông góc với v. • Trong thời gian vô cùng nhỏ dt, ∆Q có một chiều dài vi phân dL, có độ lớn dL và vectơ chỉ phương aL. Figure 5.1 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 3Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆNTa có sự chuyển động của điện tích dQ = ρv∆SdL xuyên qua mặtphẳng qui chiếu vuông góc với phương chuyển động trong thờigian dt; và kết quả dòng điện xuyên qua ∆S theo vectơ aL là dQ dL ∆I   ρ∆S  ρ v ∆S v (C1) dt dtỞ đây v = |v| là độ lớn của v• Mật độ dòng điện là một vectơ J được định nghĩa: u Độ lớn của J là: ∆I J (A / m 2 ) (C2) ∆S 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 4Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆNu Chiều của J là chiều chuyển động của các điện tích dương,hoặc ngược chiều chuyển động của điện tích âm. Từ (C1) và (C2), ta có: J =| ρ v | v (C3) và J = ρ vv (3) Figure C5.1Vậy mật độ dòng điện J tại điểm P là tích của mật độ khối ρv tại Pvà vận tốc v của ∆Q tại P. ρv có thể dương hoặc âm (Fig C5.1).Biểu thức (3) là điện tích chuyển động tạo thành dòng điện. Dòngđiện này là dòng đối lưu và mật độ dòng điện J gọi là mật độ dòngđối lưu. 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 5Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆN3. Biểu thức dòng tổng xuyên qua mặt phẳng S. a. Mật độ dòng điện đều. l Nếu J là đều vuông góc với S (Fig C5.2a), và nếu aN là vectơ chỉ phương của S, thì dòng xuyên qua S theo vectơ chỉ phương aN là: I  JS (A) (C4) Figure C5.2a! Nếu S là một vectơ có độ lớn S và vectơ chỉ phương aN, thì ta códòng điện I là tích vô hướng I=J.S (C5) 1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 6Chương 5. DÒNG ĐIỆN VÀ CÁC VẬT DẪN ĐIỆN l Nếu J là đều và tạo một góc θ với aN (Fig C5.2b), và nếu JN là vectơ thành phần của J theo vectơ chỉ phương aN (hoặc vectơ pháp tuyến của J), thì dòng xuyên qua S theo vectơ chỉ ...