Chương 10: Vật dẫn năng lượng điện trường

Điều kiện cân bằng tĩnh điện-tính chất của vật dẫn mang điện Trong chương này ta chỉ xét vật dẫn là kim loại. Điện tích tự do trong kim loại là các êlectrôn và ta chỉ giới hạn nghiên cứu các hiện tượng tĩnh điện, nghĩa là những hiện tượng trong đó các điện tích đã nằm cân bằng. 10.1.1 Điều kiện cân bằng tĩnh điện - Véc tơ E tại mọi điểm bên trong vật dẫn phải bằng 0
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 10: Vật dẫn năng lượng điện trường Chương 10 VẬT DẪN-NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG10.1 Điều kiện cân bằng tĩnh điện-tính chất của vật dẫn mang điện Trong chương này ta chỉ xét vật dẫn là kim loại. Điện tích tự do trong kim loại làcác êlectrôn và ta chỉ giới hạn nghiên cứu các hiện tượng tĩnh điện, nghĩa là nhữnghiện tượng trong đó các điện tích đã nằm cân bằng.10.1.1 Điều kiện cân bằng tĩnh điện - Véc tơ E tại mọi điểm bên trong vật dẫn phải bằng 0 E tr = 0 (10-1) - Thành phần tiếp tuyến Et của véc tơ E tại mọi điểm trên mặt vật dẫn phải bằng 0 Et = 0 → E = En (10-2)10.1.2 Những tính chất của vật dẫn mang điện a. Vật dẫn là một vật đẳng thế, mặt vật dẫn là một mặt đẳng thế. b. Đối với vật dẫn rỗng đã ở trạng thái cân bằng, điện trường ở phần rỗng và trong thành của vật dẫn rỗng cũng luôn bằng không. c. Hiện tượng điện ở mũi nhọn: Khi vật dẫn đã ở trạng thái cân bằng, thực nghiệm chứng tỏ điện tích phân bố ởmột lớp rất mỏng sát bề mặt vật dẫn và không đồng đều, nó tập trung ở những gócnhọn, những nơi lõm hay bằng thì điện tích phân bố thưa thớt. Ở mũi nhọn cường độđiện trường rất mạnh: nó hút các điện tích trái dấu và đẩy các điện tích cùng dấu: mũinhọn sẽ mất dần điện tích và gây ra luồn gió điện. Ứng dụng: màn chắn điện.10.2 Điện dung của một vật dẫn cô lập-hệ vật dẫn tích điện cân bằng-tụ điện10.2.1 Điện dung của một vật dẫn cô lập Điện tích Q của một vật dẫn tỉ lệ với điện thế của nó: Q = CV (10-3)C là hệ số tỉ lệ gọi là điện dung của một vật dẫn, nó phụ thuộc vào hình dạng kíchthước và môi trường cách điện xung quanh vật dẫn. Nếu V =1 đơn vị điện thế thìQ = C.Vậy: Điện dung của một vật dẫn cô lập là đại lượng về trị số bằng điện tích mà vật dẫntích được khi điện thế của nó bằng 1 đơn vị điện thế.Ý nghĩa: Điện dung của một vật dẫn là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện củavật dẫn. 113 Trong hệ SI đơn vị của điện dung là Fara (F).10.2.2 Hệ vật dẫn tích điện cân bằng-tụ điệna. Điện dung và hệ số điện hưởng Giả sử có 3 vật dẫn đã ở trạng thái cân bằng, giá trị q và V của chúng lần lượtlà: q1, q2, q3 và V1, V2, V3 liên hệ với nhau theo hệ thức: q1 = C11V1 + C12V2 + C13V3 q2 = C21V1 + C22V2 + C23V3 (10-4) q3 = C31V1 + C32V2 + C33V3C11, C22, C33 gọi là điện dung của các vật dẫn, C12, C13….gọi là hệ số điện hưởng.Người ta đã chứng minh được: Cii > 0 và Cij = Cji Hệ thức (10-4) cũng được mở rộng cho trường hợp hệ gồm n vật dẫn.b. Tụ điệnĐịnh nghĩa: Tụ điện là một hệ gồm 2 vật dẫn A và B sao cho giữa chúng xảy ra hiệntượng điện hưởng toàn phần (hình 10-1). − − − − A q1 q2 q 2 − − Hình10- 1Tính chất 1 q1 + q2 = 0Tính chất 2 q1 = C11V1 + C12V2 q2 + q2 = C21V1 + C22V2- Nếu nối B với đất thì q2 sẽ xuống đất và V2 = điện thế đất (chọn Vđ = 0) ta có: q1 = C11V1 q2 = C21V1Suy ra C11 + C12 = 0Tổng quát: 2 bản của tụ điện thường được nối với nguồn hoặc với vật dẫn khác, cónghĩa là q2 không còn: 114 q1 = C11V1 + C12V2 q2 = C21V1 + C22V2Suy ra: C12 + C22 = 0kết hợp với tính chất đối xứng của hệ số điện hưởng ta có: C11 = C22 = -C12 = -C21Đặt C11 = C22 = C >0 C12 = C21 = -C V2 q = q1 = - q2 gọi là điện tích của tụ điện. q = CU (10-5) U = V1 - V2 = U12 = UAB gọi là hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện.10.2.3 Tính điện dung của tụ điệna. Tụ điện phẳng (hình 10-2): V2 V1 − + − + + − + − − + ...