CHƯƠNG 2: VẬT DẪN - ĐiỆN MÔI

Chia sẻ: Trần Công Chính | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

905
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật dẫn: - Vật dẫn là những vật có các phần tử tải điện chuyển động tự do trong toàn vật (kim loại dẫn điện tốt). - Vật cách điện (điện môi) là những vật không có các phần tử tải điện tự do, điện trở rất lớn (các chất vô cơ). - Bán dẫn là các chất trung gian giữa dẫn điện và cách điện Giải thích tính chất dẫn điện của vật dẫn theo thuyết cấu tạo nguyên tử và thuyết vùng năng lượng....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 2: VẬT DẪN - ĐiỆN MÔI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN GIAÙO TRÌNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG PHAÀN 2: ÑIEÄN - TÖØ HOÏC CHƯƠNG 2 VẬT DẪN - ĐiỆN MÔI GV: PGS.TS. NGUYEÃN KHAÙNH DUÕNG
BÀI 1 VẬT DẪN CÂN BẰNG TĨNH ĐiỆN
§1. Vật dẫn 1.1. Vật dẫn: - Vật dẫn là những vật có các phần tử tải điện chuyển động tự do trong toàn vật (kim loại dẫn điện tốt). - Vật cách điện (điện môi) là những vật không có các phần tử tải điện tự do, điện trở rất lớn (các chất vô cơ). - Bán dẫn là các chất trung gian giữa dẫn điện và cách điện Giải thích tính chất dẫn điện của vật dẫn theo thuyết cấu tạo nguyên tử và thuyết vùng năng lượng.
1.2. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện a. Định nghĩa - Điều kiện cân bằng tĩnh điện - Vật dẫn có các phần tử tải điện ở trạng thái ổn định (tự do), không chuyển động. - Khi đặt vật dẫn vào điện trường ngoài Eo, các điện tích dương chuyển động về một phía theo chiều điện trường, các điện tích Trong vật động theoất ều ngược lại. âm chuyển dẫn xu chi hiện điện trường E’ ngược chiều với Eo. Khi E’ = Eo, trạng thái cân bằng được thiết lập.
- Để có sự cân bằng tĩnh điện cần điều kiện: + Véctơ cường độ điện trường bên trong vật dẫn bằng 0: Etr = Eo+E’ = 0. + Ở bề mặt của vật dẫn véc tơ cường độ điện trường E vuông góc với mặt vật dẫn. Thành phần tiếp tuyến Et của véctơ E phải bằng 0 tại mọi điểm trên mặt vật dẫn: Et = 0 và E = En
b. Tính chất: Vật dẫn là một khối đẳng thế, mặt - vật dẫn là một mặt đẳng thế: N N  ∫ ∫E Eds = ds = 0 VM – VN = t M M Bên trong vật dẫn điện tích bằng - không: E   ∑ q i = ∫ DdS = ∫ ε o εEdS = 0 N M S S
- Với vật dẫn rỗng, điện tích truyền hết ra mặt ngoài (nằm ở một lớp mỏng sát mặt ngoài). Nếu đặt một vật dẫn khác bên trong vật dẫn rỗng thì sẽ không bị ảnh hưởng bởi điện trường ngòai. Vật dẫn rỗng gọi là một màn điện (hình bên).
- Sự phân bố điện tích trên mặt vật dẫn chỉ phụ thuộc vào hình dạng của mặt đó. Điện tích tập trung ở chỗ lồi lớn hơn chỗ lõm. Tạo ra: • Hiệu ứng mũi nhọn. • Hiện tượng gió điện: điện trường ở mũi nhọn rất lớn, làm ion hóa các phân tử khí ở quanh nó. Các h ạt mang điện trái dấu với điện tích ở mũi nhọn bị hút vào, điện tích cùng dấu bị đẩy ra xa, kéo theo các phân tử khí, tạo ra một luồng “gió điện” ở gần đầu mũi nhọn.
Ứng dụng: - Máy phát tĩnh điện, tụ điện - Lồng Farađây chống nhiễu - Dây bọc kim chống nhiễu - Các bộ phận bằng kim loại của máy tĩnh điện có dạng mặt cong để tránh thất thoát điện tích. - Làm các mũi tên kim loại để phóng nhanh điện tích tập trung trên vật ra ngòai khí quyển (trên thân máy bay). - Cột thu lôi, đầu trên nhọn, đầu dưới nối đất...
2.3. Hiện tượng điện hưởng Hiện tượng các điện tích cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn khi đặt trong điện trường ngòai gọi là hiện tượng điện hưởng. Điện hưởng một Điện hưởng toàn phần phần
§ 2. Tụ điện: 2.1. Định nghĩa: Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt cạnh nhau, ngăn cách bởi một chất điện môi, sao cho giữa chúng xẩy ra điện hưởng toàn phần.
2.2. CÁC LOẠI TỤ ĐIỆN TỤ HÓA +
TỤ GỐM
TỤ GIẤY
TỤ MICA
HÌNH DẠNG CỦA TỤ ℓ Tụ phẳng Tụ hình Tụ hình cầu trụ Tụ hóa Tụ xoay (không khí) học
2.2. Tính chất: - Điện tích xuất hiện trên hai mặt đối diện của hai vật dẫn có giá trị đối nhau: q1 + q2 = 0 - Giá trị điện tích: q1= C(V1-V2) và q2= - C(V – V2) với C là điện dung của tụ điện. - Trong tụ điện, điện thế của bản tích điện dương lớn hơn điện thế bản âm: hiệu điện thế U = V1 – V2 > 0
2.3. Điện dung của tụ điện: Đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định: Q [ F] C= U ε o εS - Tụ điện C= d phẳng: ện 4πε o εR 1 R 2 - Tụ đi C= R 2 − R1 cầu: 2ππo ε C= - Tụ điện R  ln 2  R  trụ:  1 n 1 1 1 1 1 tiếp: C = C + C + ... + C = ∑ C - Ghép tụ nối i =1 tđ 1 2 n i n - Ghép tụ song song: Ctđ = C1 + C2 +...+ Cn= ∑ C i i =1
§ 3. Năng lượng điện trường: 1. Năng lượng tụ điện: - Khi nạp điện cho tụ điện, nguồn điện sinh ra công để đưa các điện tích đến các bản của tụ điện: U 1 [J] A = ∫ Cudu = CU2 2 0 - Công này biến thành thế năng của hệ điện tích trên tụ, chính bằng năng lượng của tụ điện: 1 Q2 1 1 [J] 2 W = CU = = QU 2 2C 2
2. Năng lượng điện trường: • Điện tích mang năng lượng định xứ trong điện trường do nó sinh ra, tức là điện trường mang năng lượng. • Xét điện trường đều giữa hai bản của một tụ điện phẳng. Năng lượng của hệ sẽ là: 2 2 1 ε o εSU U 1 1 1 2 = ε o ε   Sd = ε o εE 2 V W = CU = 2 2 d 2  d 2 • Mật độ năng lượng điện trường: W 1 2 w= = ε o εE V 2 • Với điện trường không đồng nhất, năng lượng xác định theo biểu thức: 1 W = ∫ dW = ε o ε ∫ E 2 dV 2 V V