Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 2: Vật dẫn

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 2: Vật dẫn cung cấp cho học viên những kiến thức về điều kiện cân bằng tĩnh điện, tính chất của vật dẫn mang điện; hiện tượng điện hưởng; điện dung của vật dẫn cô lập; hệ vật dẫn tích điện cân bằng, tụ điện; năng lượng điện trường;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 2: Vật dẫn Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi Ch−¬ng II VËt dÉn Kim lo¹i: h¹t dÉn lμ c¸c ®iÖn tö tù do 1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn, TÝnh chÊt cña vËt dÉn mang ®iÖn 1.1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn:  VÐc t¬ c−êng ®é r ®iÖn tr−êng trong vËt dÉn b»ng kh«ng: E tr = 0 Thμnh phÇn tiÕp tuyÕn cña vÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng trªn bÒ mÆt r vËt dÉn b»ng r rkh«ng: Et = 0 E = En 1.2. TÝnh chÊt cña vËt dÉn mang ®iÖn r .M x VËt dÉn lμ vËt ®¼ng thÕ E tr = 0 .N r r Nr r N VM − VN = ∫ Ed s = ∫ E t d s = 0 M M y §iÖn tÝch chØ ph©n bè trªn bÒ mÆt cña vËt dÉn bªn trong r r vËt dÉnr ®iÖn tÝch r b»ng r0 S ∑ q i = ∫ D dS = 0 v× D = ε 0 εE = 0 E ∑ qi S z VÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng lu«n vu«ng gãc víi bÒ mÆt vËt dÉn. 1.3 øng dông r E=0 Lång Faraday M¸y ph¸t tÜnh ®iÖn WandeGraf HiÖu øng mòi nhän, giã ®iÖn: Gi¶i phãng ®iÖn tÝch trªn m¸y bay, phãng ®iÖn b¶o vÖ m¸y ®iÖn, cét thu l«i 2. HiÖn t−îng ®iÖn h−ëng Δq’ S - - A lóc ®Çu kh«ng tÝch ®iÖn - + - B tÝch ®iÖn ©m ®−îc ®−a gÇn A - A + - B - - + ...lμ hiÖn t−îng c¸c ®iÖn tÝch Δq - - - c¶m øng xuÊt hiÖn trªn vËt dÉn (lóc ®Çu kh«ng tÝch ®iÖn) khi ®Æt trong ®iÖn tr−êng ngoμi r r r r r E tr = E ng + E 0 = 0 Φ e = ∫ D dS = Δ q + Δ q ' = 0 r S E ng Δq ' = − Δ q - r+ - E0 + | Δq |=| Δq ' | - + §L vÒ c¸c phtö t−¬ng øng: ®iÖn tÝch c¶m øng trªn c¸c phtö t−¬ng øng cã gi¸ trÞ b»ng nhau §iÖn h−ëng mét phÇn vμ ®iÖn h−ëng toμn phÇn A+mang ®iÖn tÝch, B chÞu ®iÖn h−ëng + q − − + §iÖn h−ëng toμn phÇn q’= q ++ − q’ +B −+A + − − + + − + §iÖn h−ëng mét phÇn q’< q + − − + Q V + 3. §iÖn dung cña vËt dÉn c« lËp R Q~V => Q=CV Q C - HÖ sè tû lÖ gäi lμ ®iÖn dung C= V V=1 => C=Q cã gi¸ trÞ b»ng ®iÖn tÝch cÇn truyÒn cho vËt ®Ó ®iÖn thÕ cña nã t¨ng thªm 1 ®¬n vÞ 1Culong 1Fara = 1Von CÇu KL b¸n kÝnh R, Q=1, V=1, C=1F Q 1 1 V= ⇒R= = = 9.10 ( m ) 9 4πε 0 εR 4πε 0 ε 4π.8,86.10 −12 GÊp 1500 lÇn b¸n kÝnh tr¸i ®Êt! 4. HÖ vËt dÉn tÝch ®iÖn c©n b»ng, tô ®iÖn 4.1. §iÖn dung vμ hÖ sè ®iÖn + q-1V1 h−ëng + 1-- - q2V2 HÖ ba vËt dÉn 1, 2, 3: + - +2 §iÖn tÝch q1, q2, q3 + - - qV 3 3 3+ - §iÖn thÕ t−¬ng øng: V1, V2, V3 Cik ®èi xøng q1=C11V1+C12V2+C13V3 C11 C12 C13 q2=C21V1+C22V2+C23V3 Cik = C21 C22 C23 q3=C31V1+C32V2+C33V3 C31 C32 C33 Ci=k §iÖn dung; Ci≠k hÖ sè ®iÖn h−ëng cã tÝnh t−¬ng hç nªn Cik = Cki. NÕu cã n vËt dÉn th× i,k=1, 2,...,n. 4.2. Tô ®iÖn: Gåm hai vËt dÉn cã S + t−¬ng t¸c ®iÖn h−ëng toμn phÇn q1 + − − + a. TÝnh chÊt I: q1+q2=0 q +B − + + − r r +A + − − + + −+ 2 ∫ D dS = q 1 + q 2 = 0 + − − + q2’ S + + q1=C(V1-V2) b.TÝnh chÊt II: q2=-C(V1-V2) C lμ ®iÖn dung cña tô ®iÖn;q1>0 ,C>0=>V1>V2 Chøng minh: Nèi vá ngoμi B víi ®Êt q2’=0 : q1=C11V1+C12V2 q1=C11V1+C12V2 q2=C21V1+C22V2 -q1=C21V1+C22V2 (C11+C21)V1+(C12+C22)V2=0 C11=-C21 vμ C22=-C12 C11 =C22 = C vμ C21 = C12=-C U hiÖu ®iÖn c.TÝnh chÊt III: q = q1=- q2 thÕ gi÷a 2 q = C(V1-V2)=CU b¶n cùc tô a.Tô ®iÖn ph¼ng +Q + - -Q σ.d U = V1 − V2 = E.d = + d- S σ.d S Q.d ε 0 εS ε 0 ε U= = ⇒C= + - ε 0 ε S ε 0 εS d + - b. Tô ®iÖn cÇu Q 1 1 U = V1 − V2 = ( − ) R2 4 πε 0 ε R 1 R 2 R1 Q ε 0 ε 4 πR 1 R 2 ⇒C= = c. Tô ®iÖn trô U R 2 − R1 V1 V2 Q R2 U = V1 − V2 = ln R1 2πε 0 εl R 1 l R2 Q ε 0 ε 2 πl ⇒C= = R2 U ln R 1 R2 R 2 − R1 R 2 − R1 d ln = ln(1 + )≈ = R1 R1 R1 R ...