Giáo trình Vật lý đại cương II (Điện - quang - vật lý lượng tử): Phần 1

Phần 1 cuốn giáo trình "Vật lý đại cương II (Điện - quang - vật lý lượng tử)" trình bày các nội dung: Trường tĩnh điện, vật dẫn và điện môi, dòng điện không đổi, dòng điện trong các môi trường, từ trường không đổi. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật lý đại cương II (Điện - quang - vật lý lượng tử): Phần 1 B ộ G IÁ O DỰC V À Đ À O T Ạ O ĐẠI HỌC THÁI N G U Y Ê N 1r *1 N H À XUẤT BAN KHOA HỌC V À KỲ THUẬT B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ O TẠO • • • ĐẠI HỌC THÁI N G U Y ÊN V MẰN HOÀNG VIỆT - PHẠM THỊ THƯƠNG Giáo trình VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG II (ĐIỆN - QUANG - VẬT LÝ LƯỢNG TỬ) © NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 Chịu trách nhiệm xuất bản: TS. PHẠM VÃN DIÊN Biên tập: BÙI THU NGÂN Trình bày bìa: TRỊNH THÙY DƯƠNG NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội In 220 cuốn khổ 15,5 X 22,5cm, tại Công ty In Thanh Bình. Số đăng ký kế hoạch XB: 215 - 2010/CXB/79.1 - 17/KHKT, ngày 5/3/2010. Quyết định XB số: 110/QĐXB - NXBKHKT, ký ngày 25/6/2010. In xong và nộp lưu chiểu tháng 7 năm 2010. 2 Phần 1 ĐIỆN TỪ HỌC CHƯƠNG 1 TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 1.1. Điện tích. Định luật Coulomb 1.1.1. Điện tích Thực nghiệm chứng tỏ trong tự nhiên có hai loại điện tích. Benjamin Franklin đề xuất gọi chúng là điện tích dương và điện tích âm (qui ước: điện tích dương là điện tích giống với điện tích xuất hiện trên thanh thủy tinh khi nó cọ xát với lụa; điện tích âm là điện tích giống với điện tích xuất hiện trên thanh ebonite khi nó cọ xát với dạ). Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau và khác loại thì hút nhau. Điện tích có giá trị gián đoạn. Nó luôn bàng một số nguyên lần điện tích nguyên tố (điện tích nhỏ nhất không thể phân chia được, có giá trị e = 1,6.10“I9 C). Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử, nó được cấu tạo từ các proton (proton có điện tích +e) và các electron (electron có điện tích - e)ể So proton và so electron trong nguyên tử bằng nhau, do đó nguyên tử ở trạng thái bình thường trung hòa về điện. Neu một vật bị mất đi một so electron thì nó sẽ mang điện dương. Nếu vật dư thừa một số electron nó sẽ mang điện âm. Định luật bảo toàn điện tích: trong một hệ cô lập tổng điện tích không thay đổi. Điện tích điểm: Là vật mang điện có kích thước nhỏ, không đáng kể so với khoảng cách từ vật đó tới những điểm hoặc những vật mang điện khác đang khảo xát. I 1.1.2. Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện a. Định luật Coulomb trong chân không Giả sử có hai điện tích điểm có điện tích q, và q 2 đứng yên trong chân không và cách nhau một khoảng r . Lực tương tác giữa hai điện tích điểm này có phương dọc theo đường thẳng nối hai điện tích và có độ lớn: trong đó: k = —ỉ— = 9Ệ109 là hê số tỷ lê; e 0 =8,85.10 12 —-r là 47 ie 0 c Nm hằng số điện. Nếu hai điện tích cùng dấu thì lực tương tác là lực đẩy, nếu hai điện tích trái dấu thì lực tương tác là lực hút. Để biểu diễn phương của lực người ta viết lực Coulomb dưới dạng vectơ. Lực tác dụng lên điện tích q 2 bởi điện tích qt là: ( 1.2 ) Tương tự, lực tác dụng lên điện tích q, bởi điện tích q 2 là: (1.3) Vì các vectơ ĩj2 và r2] có độ lớn bàng nhau (bàng r) và ngược chiều nên F12 = -F2j ề Vỉ dụ 1: So sánh độ lớn lực tương tác Coulomb với lực tương tác hấp dẫn của một proton và một electron. Tỷ số giữa lực Coulomb và lực hấp dẫn là: 5 e e k Fc _ r 2 _ ke Fg g memp Gmemp r2 9.10’ Í Ỉ ^ Ì . ( 1 , 6 . 1 0 - '’ c )! 1 0 40 ( x r 2 t_ . 2 \ 6,67.10-' 2 ,(9,1.10-31k g ).(l,6 .1 0 - 27 kg) kg b. Định luật Coulomb trong các môi trường Trong môi trường điện môi, ví dụ: không khí, nước, thủy tinh,..., thực nghiệm cho thấy lực tương tác Coulomb giảm đi một số lần so với ữong chân không. Các biểu thức (1.1), (1.2) và (1.3) được thay thế bằng: F= 1 M 'Ị ’l k ( 1 . 1 ') 471Sq r £ ^ 1^2 ri2 ( 1 .2 ’) e r !2 M Ịc ^ 2^1 r21 (1.3’) s r 21 |r2l| ừong đó: s được gọi là hằng số điện môi của môi trường. Hằng số điện môi của một số môi trường: - Chân không: 8 = 1ắ - Không khí: 8 = 1,006 (ở 0°C). - Nước: s = 80 (20°C). - Dầu hỏa: 8 = 2 (54°C). c. Tương tác Coulomb của hệ điện tích điểm Tương tác Coulomb của hệ gồm nhiều điện tích điểm q ,, q 2 . ề q lên một điện tích điểm q 0 được cho bởi nguyên lý tổng hợp lực: 6 (1.4) trong đó: ĩ; là vectơ nối từ điện tích q, lên điện tích q0. Ví dụ 2: Ba điện tích qj = 1,6.10“19C ; q 2 = - 2 q p q 3 = 2q, cùng nằm trên một đường thẳng như hình 1.1 ề Khoảng cách giữa điện tích q, và q 3 là R = 0,02m . Khoảng cách giữa điện tích q, và q 2 là {R . Tính lực tác dụng lên điện tích q ị. ...