Bài giảng Vật lý điện từ - Bài 2: Vật dẫn và tụ điện

Bài giảng Vật lý điện từ - Bài 2: Vật dẫn và tụ điện. Bài này cung cấp cho học viên những nội dung về: vật dẫn cân bằng tĩnh điện; hiện tượng điện hưởng; điện dung của vật dẫn cô lập; tụ điện, điện dung của tụ điện; năng lượng điện trường;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý điện từ - Bài 2: Vật dẫn và tụ điện BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐIỆN TỪ Bài 2 VẬT DẪN & TỤ ĐIỆN NỘI DUNG I – Vật dẫn cân bằng tĩnh điện II – Hiện tượng điện hưởng III – Điện dung của vật dẫn cô lập IV – Tụ điện, điện dung của tụ điện V – Năng lượng điện trường. I – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1 – Khái niệm: Materials Electrical Electrical Semiconductors conductor insulators I – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 1 – Khái niệm: Vật dẫn là vật có các hạt mang điện tự do. Các hạt này có thể chuyển động khắp mọi điểm trong vật dẫn. Trong phạm vi hẹp, vật dẫn là các vật kim loại. Khi tích điện cho vật dẫn hoặc đặt vật dẫn trong điện trường tĩnh, các điện tích sẽ dịch chuyển trong vật dẫn và nhanh chóng đạt đến trạng thái ổn định, không chuyển động có hướng nữa – ta nói vật dẫn đang ở trạng thái cân bằng tĩnh điện I – VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2 – Tính chất:  a) Trong lòng vật dẫn không có điện  E trường (Etrong = 0). Etrong  0 b) Toàn vật dẫn là một khối đẳng thế. c) Mặt ngoài của vật dẫn, vectơ cường độ điện trường luôn vuông góc với bề mặt vật dẫn d) Nếu vật dẫn tích điện thì điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật dẫn và tập trung tại các mũi nhọn. 3 – Hiệu ứng mũi nhọn: II – HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG Hiện tượng xuất hiện các điện tích cảm ứng trên vật dẫn khi đặt vật dẫn trong điện trường ngoài được gọi là hiện tượng điện hưởng (hay hưởng ứng điện) Mọi đường sức của + – (S) + A đều tới B – + – – Điện +A B Độ lớn của điện tích – hưởng + – + cảm ứng luôn bằng với – toàn + độ lớn của điện tích phần trên vật mang điện Charging Objects by Induction III – ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CÔ LẬP: Quả cầu Q KL R C C V k Đơn vi đo điện dung là F (fara) 1 F (micrô fara) = 10 – 6 F 1 nF (nanô fara) = 10 – 9 F 1 pF (picô fara) = 10 – 12 F IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 1 – Khái niệm, phân loại: Tụ điện là hệ hai vật dẫn đặt gần nhau sao cho giữa chúng luôn xảy ra hiện tượng điện hưởng toàn phần. Hai vật dẫn đó được gọi là hai bản (hay hai cốt) của tụ điện. Kí hiệu: C + - IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 1 – Khái niệm, phân loại: IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 1 – Khái niệm, phân loại: • Tụ hoá • Tụ tantal • SMD (surface mount device) IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 1 – Khái niệm, phân loại: • Tụ gốm • Tụ mica • Tụ giấy, tụ nhựa plastic, tụ màng mỏng IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 1 – Khái niệm, phân loại: • Tụ sứ • Tụ xoay IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 2 – Điện dung của tụ điện: Q C U Tụ phẳng Tụ Trụ Tụ cầu 20 h 0S 40 R1R 2 C C C R2 d R 2  R1 ln( ) R1 Chứng minh các công thức trên? IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 3 – Ghép tụ điện: Ghép nối tiếp Ghép song song 1 1 C   Ci Ghép nối tiếp C giảm; Ghép song song C C  i Ci i tăng Q  Qi Q  Q i 2 tụ nối tiếp i U i Ui C C1C 2 C1  C2 U  Ui IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 4 – Năng lượng của tụ điện: 2 1 2 1Q 1 W  CU   QU 2 2 C 2 Ví dụ: Tính năng lượng của tụ điện có điện dung C = 5F, được nạp điện ở hiệu điện thế 6V IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 5 – Đặc tính của tụ điện: q dq VDC   Ri  R C dt  t RC t/   RC q  CVDC (1  e )  Q max (1  e ) Q max  CVDC dq t/ VDC i  I0 e I0  dt R IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 5 – Đặc tính của tụ điện: IV – TỤ ĐIỆN (Capacitor) 5 – Đặc tính của tụ điện: - Hằng số thời gian:   RC Với t  5, tụ coi như nạp đầy (hoặc xả hết điện) ...