- Trong ch t di n phân: do các quá trình tuong tác, các phân t t phân ly thành các ion duong và các ion âm.. các phân t khí có th gi i phóng electron.
Trang 1tru ng ngoài, các electron t do này s chuy n d i có hu ng d t o thành dòng di n
§1 ÐI U KI N VÀ TÍCH CH T V T D N CÂN B NG TINH ÐI N
1 Ð nh nghia
M t v t d n du c tích di n mà các h t mang di n c a nó tr ng thái d ng yên, du c
g i là v t d n cân b ng tinh di n
Trong k thu t, v t d n cân b ng tinh di n là v t d n du c n p di n tích (th a ho c thi u
electron) ho c v t d n du c d t trong di n tru ng khi t t c di n tích trong nó dã d ng yên
2 Ði u ki n cân b ng tinh di n
a Vector cu ng d di n tru ng t i m i di m bên trong v t d n ph i b ng không
tr
E 0. (8-1)
Th t v y, n u cu ng d di n tru ng trong v t d n khác không thì du i tác d ng c a
di n tru ng này các electron s d ch chuy n, cân b ng tinh di n s không còn n a
b Thành ph n ti p tuy n c a vector cu ng d di n tru ng t i m i di m trên m t v t
trong dó Et là hình chi u c a E trên phuong chuy n d i d
bên trong v t d n E 0,do dóVM V N Tuy nhiên, M và N
là hai di m b t kì nên ta cung suy ra m i di m bên trong v t d n
Trang 2v t d n dó D a trên tính ch t này mà ngu i ta ch t o ra máy phát tinh di n Van de Graff, cho phép t o ra hi u di n
th d n hàng tri u vôn
T k t qu trên ta có nh n xét: N u ta khoét r ng m t
v t d n d c dã cân b ng di n thì s phân b di n tích trên
m t v t d n v n không thay d i Nhu v y, di n tru ng
ph n r ng và thành trong c a v t d n r ng cung luôn luôn
b ng không Tính ch t này làm cho v t d n r ng có tác d ng nhu m t màn b o v nh ng v t
(S)
1
Hình 8-2 Ði n tích ch t p trung trên b m t c a v t d n
+ + +
+ +
+
+ + +
Hình 8-3 S phân b di n tích
trên v t d n
+
+ ++
+ +
Trang 3Chuong VIII V t d n
’ n
Hình 8-4 Hi n tu ng di n hu ng
C
(S) n
kính cong nh thì m t d di n tích s l n, d c bi t là nh ng mui nh n; nh ng ch có bán kính cong l n, di n tích h u nhu b ng không Chính tính ch t này c a v t d n t o nên m t
các phân t không khí, t o nên m t lu ng gió, g i là gió di n Hi n tu ng mui nh n b m t
d n di n tích và t o thành gió di n du c g i là hi u ng mui nh n
Trong ki thu t, d tránh m t mát di n do hi u ng mui nh n gây ra, ngu i ta thu ng ch
t o các b ph n kim lo i c a máy d ng m t c u hay nh ng m t có bán kính cong l n Ngu c l i, trong nhi u tru ng h p, ngu i ta s d ng hi u ng mui nh n d phóng nhanh di n tích t p trung v t ra ngoài khí quy n nhu: c t ch ng sét, gi i phóng di n trên thân máy
bay,…
§2 HI N TU NG ÐI N HU NG
1 Hi n tu ng di n hu ng
Ð t m t v t d n trung hòa di n BC trong di n tru ng ngoài E 0 gây b i qu c u kim
lo i mang di n duong A Du i tác d ng c a l c di n tru ng E , 0 các electron trong v t d n BC
s chuy n d i có hu ng, ngu c chi u di n tru ng K t qu là trên các m t gi i h n B, C c a
Nhu v y, do hi n tu ng di n hu ng mà di n ph c a di n tru ng ngoài dã b thay d i Các
du ng s c vuông góc và t n cùng trên m t B có di n tích c m ng âm và xu t phát t m t C
Trang 4có di n tích c m ng duong Vì th , di n tích trên v t mang di n A và di n tích c m ng có
m i quan h v i nhau Ð thi t l p m i quan h dó ngu i ta ch ng minh d nh lí các ph n t
e q q 0. (8-7) hay: q q (8-8)
V y: Ði n tích c m ng trên các ph n t tuong ng có d l n b ng nhau và trái d u
Trang 5Chuong VIII V t d n
Màn ch n tinh di n
D a vào hi n tu ng di n hu ng, ngu i ta dùng màn ch n tinh di n (là h p ho c lu i kim lo i)
d b o v thi t b di n (d c bi t là thi t b vô tuy n) kh i tác d ng c a di n tru ng bên ngoài,
n u không dùng s b nhi u r t m nh Tru ng h p di n tru ng ngoài không quá m nh, màn
ch n ch c n có d ng lu i (ví d v cáp di n, các dây di n tho i, dây micrô, dèn di n t thu ng du c b c ngoài b ng lu i thép) cung d làm tri t tiêu nh hu ng c a di n tru ng gây nhi u
Chú ý r ng màn ch n tinh di n ch ngan c n không cho di n tru ng t bên ngoài xâm
nh p vào trong N u d t di n tích Q bên trong màn ch n thì do hi n tu ng di n hu ng, m t trong c a màn ch n s tích di n trái d u v i Q, còn m t ngoài s tích di n cùng d u v i Q Khi dó phía ngoài màn ch n v n có di n tru ng (t c là màn m t tác d ng “ch n”)
§3 ÐI N DUNG C A V T D N CÔ L P - T ÐI N
1 Ði n dung c a v t d n cô l p
M t v t d n du c g i là cô l p v di n n u nó không ch u nh hu ng di n c a các v t mang di n khác
Xét m t v t d n cô l p trung hòa di n N u ta tích cho nó m t di n tích Q thì, theo nhu
ph n trên, di n tích này s phân b ngoài m t v t d n sao cho di n tru ng bên trong v t d n
b ng không V t d n khi này là m t kh i d ng th v i di n th b ng V Th c nghi m ch ng t
r ng, n u tang thêm di n tích Q cho v t d n thì di n th V cung tang nhung t s Q
V luôn
không d i và b ng m t h ng s C nào dó, du c g i là di n dung c a v t d n cô l p Ta có:
QC
d di n th c a v t d n tang lên m t don v di n th
Nhu v y, v i cùng m t di n th V, v t nào có di n dung l n hon thì v t dó s tích
du c m t di n tích l n hon T c là, di n dung c a m t v t d n là d i lu ng d c trung cho kh nang tích di n c a v t d n dó
Ðon v c a di n dung trong h SI: Fara (kí hi u là F)
Ðon v fara r t l n, do dó trong th c t ngu i ta thu ng dùng các don v u c c a fara là microfara (1 F = 10-6 F), nanofara (1nF = 10-9F), picofara (1pF = 10-12F)
Ð có cái nhìn rõ hon v d l n c a m t don v fara cung nhu cách tính di n dung ta xét thí
d sau:
Thí d : Tính di n dung c a qu c u kim lo i bán kính R d t trong m t môi tru ng
d ng nh t có h ng s di n môi e
Trang 6b Tính ch t Xét t di n g m hai v t d n A và B sao cho v t d n B bao b c hoàn toàn
v t d n A, khi dó hai v t d n A, B tr ng thái di n hu ng toàn ph n (hình H 12.2.3)
Gi s v t d n A tích di n q1 ( m t ngoài) trên m t trong c a v t d n B xu t hi n di n tích q2 và trên m t ngoài c a v t d n B xu t hi n di n tích q2’ Khi dó, ta có m t s tính ch t sau:
+
-o
Trang 7N u chi u cao l r t l n so v i các bán kính R1, R2 c a tr thì coi nhu di n tru ng gi a hai
b n t nhu di n tru ng gây b i hai m t tr mang di n dài vô h n:
2
ln
o
l R
M i t di n ch ch u du c m t hi u di n th t i da nh t d nh nào dó Tùy theo yêu c u s
d ng, có khi c n nh ng di n dung khác nhau, ho c nh ng hi u di n th khác nhau.Do dó c n
ph i ghép các t di n: ghép song song, ghép n i ti p ho c ghép h n h p
a Ghép song song
Trong cách ghép này, ngu i ta n i t t c các b n tích di n duong c a các t vào m t c c,
t t c các b n âm c a các t vào m t c c khác Gi s các b n duong du c n i vào c c A có
di n th V1, các b n âm du c n i vào c c B có di n th V2 Nhu v y các t di n d u có chung
Q U
Q C
hê hê hê
hê hê
C
1 2
Còn Uh = U1= U2 = = Un (8-19)
b Ghép n i ti p:
Trang 8Chuong VIII V t d n
Trong cách ghép này, b n th hai c a t 1 du c n i v i b n th nh t c a t 2, còn b n th hai c a t 2 du c 3 n i v i b n th nh t c a t 3.v v B n th nh t c a t 1 du c n i vào c c duong c a ngu n, còn b n th hai c a t cu i du c n i v i c c âm c a ngu n Gi s các t ban d u chua du c tích di n Vì m i t di n là m t h hai b n v t d n hu ng ng tinh di n toàn ph n v i nhau, nên d i v i h t ban d u chua tích di n m c n i ti p v i nhau, d a vào
d nh lu t b o toàn di n tích ta s d dàng tìm du c di n tích c a m i t trong h , khi m c vào ngu n, d u b ng nhau và b ng di n tích c a h , c th là:
Q U
Hi u di n th hai d u b t m c n i ti p b ng t ng hi u di n th c a m i t :
Uh = U1 + U2 + + Un
Ði n dung Ch b ng:
n hê
hê
hê hê
U U
U
Q U
Q C
hê
U Q
U Q
111
q q 1
4 r (8-21) Ðây cung chính là bi u th c th nang c a q2 trong di n tru ng c a di n tích di m q1 Ta
g i W là th nang tuong tác hay nang lu ng tuong tác di n c a h hai di n tích di m q1 và q2
2 Nang lu ng tuong tác c a m t v t d n cô l p tích di n
Trang 93 Nang lu ng t di n
T di n là h g m hai v t d n tích di n có di n tích là q1, q2 và di n th là V1, V2 Theo trên, ta có nang lu ng c a t di n tích di n là:
1 1 2 2
1
2 (8-25) trong dó q1 q2 q (gi s q > 0)
Ngu i ta cho r ng, nang lu ng c a t di n chính là nang lu ng c a di n tru ng d nh x trong kho ng không gian gi a hai b n t di n
M t khác, vì di n tru ng c a t là di n tru ng d u nên nang lu ng c a di n tru ng du c
phân b d u trong kho ng không gian gi a các b n t V y, m t d nang lu ng di n tru ng,
là nang lu ng d nh x trong m t don v th tích c a không gian di n tru ng, cho b i:
W= E dV DE dV
V V
o
22
2
(8-31)
Trang 10Chuong VIII V t d n
§5 DÒNG ÐI N KHÔNG Ð I
1 B n ch t c a dòng di n
Dòng các h t di n chuy n d ng có hu ng g i là dòng di n, còn các h t di n du c g i chung là h t t i di n
B n ch t c a dòng di n trong các môi tru ng khác nhau cung khác nhau
- Trong kim lo i: vì ch có electron hoá tr là t do nên du i tác d ng c a di n tru ng
ngoài chúng s chuy n d ng có hu ng d t o thành dòng di n
- Trong ch t di n phân: do các quá trình tuong tác, các phân t t phân ly thành các ion
duong và các ion âm Du i tác d ng c a di n tru ng ngoài các ion này chuy n d ng có
hu ng d t o thành dòng di n
- Trong ch t khí: khi có kích thích c a bên ngoài (chi u b c x nang lu ng cao, phóng
di n.v.v ) các phân t khí có th gi i phóng electron Các electron này có th k t h p v i các phân t trung hoà d t o thành các ion âm Nhu v y trong khí b kích thích có th t n t i các
h t tích di n là ion âm, ion duong và electron Du i tác d ng c a di n tru ng ngoài, các h t tích di n này s chuy n d ng có hu ng d t o thành dòng di n
Quy u c v chi u c a dòng di n: là chi u chuy n d ng c a các h t di n duong du i tác
d ng c a di n tru ng, hay ngu c chi u v i chi u chuy n d ng c a các h t di n âm
Chú ý: Du i tác d ng c a di n tru ng ngoài, các h t di n t do s chuy n d ng có hu ng
Qu d o c a h t di n trong môi tru ng d n du c g i là du ng dòng T p h p các du ng dòng t a trên m t du ng cong kín t o thành m t ng dòng (xem hình 10-2) Ðây là hai khái
ni m c n thi t d xây d ng hai d i lu ng d c trung c a dòng di n là cu ng d dòng di n và vécto m t d dòng di n
2 Các d i lu ng d c trung c a dòng di n không d i
a Cu ng d dòng di n
Xét m t di n tích S b t kì trong môi tru ng có dòng di n ch y qua Ta có d nh nghia sau:
Cu ng d dòng di n qua di n tích S là m t d i lu ng có tr s b ng di n lu ng chuy n qua di n tích y trong m t don v th i giN u phuong chi u và cu ng d dòng di n không thay
d i theo th i gian thì dòng di n du c g i là dòng di n không d i Ð i v i dòng di n này ta có i I const.
Hình 8-8 ng dòng
Trang 11Chuong VIII V t d n
N u trong v t d n có hai lo i h t di n chuy n d ng và gi s trong th i gian dt, qua di n tích S c a v t d n, dòng h t di n duong chuy n qua di n lu ng d q ,1 dòng h t di n âm chuy n qua di n lu ng có d l n dq2 theo chi u ngu c l i, thì cu ng d dòng di n qua di n tích S là:
Cu ng d dòng di n là m t d i lu ng vô hu ng, d c trung cho d m nh c a dòng di n
qua m t di n tích cho tru c Ð d c trung cho phuong, chi u và d m nh c a dòng di n t i
t ng di m c a môi tru ng có dòng di n ch y qua ngu i ta dua ra m t d i lu ng khác là vécto
- Ð l n b ng cu ng d dòng di n qua m t don
v di n tích d t vuông góc v i hu ng y, t c là:
j = dI/dSn (8– 35)
Ðon v : Trong h SI, don v do c a m t d dòng
di n là ampe/mét vuông, kí hi u A/m2
Ð tính cu ng d dòng di n qua m t di n tích b t
k c a môi tru ng, ta làm nhu sau:
Chia di n tích S b t k thành nh ng ph n t di n
10-4), khi dó có th xem vécto m t d dòng di n
trên di n tích dS là không d i ( j = const )
N u g i dSn là hình chi u c a di n tích dS trên m t ph ng vuông góc v i du ng dòng
(t c là vuông góc v i j ) thì ta nh n th y r ng cu ng d dòng di n qua dS cung b ng cu ng
d dòng di n qua dSn và b ng dI = jdSn
G i là góc gi a vécto pháp tuy n n c a di n tích dS v i vécto m t d dòng j , khi
dó dSn = dS.cos , cho nên: dI = jdScos = jndS, v i jn = jcos là hình chi u c a vécto j trên
Trang 12Chuong VIII V t d n phuong c a vécto pháp tuy n n N u g i dS là vécto có cùng hu ng v i n và có tr s b ng
di n tích dS ( dS g i là vécto di n tích) thì ta vi t du c dI = j dS
Nhu v y cu ng d dòng di n I qua di n tích S b t kì du c tính theo công th c
I =
s s
dS j
di t A sang B (t t nhiên là cùng chi u di n tru ng) thì theo §7, chuong VII, ta s th y
Trang 13Chuong VIII V t d n
2 Ði n tr và di n tr su t
Th c nghi m ch ng t : Ði n tr R c a m t do n dây d n d ng tính ti t di n d u t l
thu n v i chi u dài l và t l ngh ch v i di n tích ti t di n vuông góc Sn c a do n dây dó
R = l/Sn (8 - 41) Trong dó h s g i là di n tr su t, ph thu c vào b n ch t và tr ng thái c a dây
d n
Trong h don v SI, don v do c a R là Ôm (kí hi u ), don v do c a là Ôm.mét (kí
hi u m)
Chú ý: Thông thu ng khi nhi t d tang thì dao d ng nhi t c a m ng tinh th trong
kim lo i cung m nh lên nên di n tr c a kim lo i (và v t d n nói chung) tang theo nhi t d
b D ng vi phân c a d nh lu t Ohm
Ð nh lu t Ohm d ng (10-9) ch áp d ng du c v i m t do n dây d n có dòng di n ch y qua Bây gi ta hãy tìm m t công th c khác bi u di n d nh lu t dó nhung áp d ng du c v i
m i di m c a dây d n
Mu n v y, ta xét hai di n tích nh dSn n m vuông góc v i các du ng dòng và cách
nhau m t kho ng nh dl (hình 10-7) G i V và V + dV là di n th t i hai di n tích y (dV <
0), dI là cu ng d dòng di n ch y qua chúng Theo d nh lu t Ohm (10-9) ta có:
trong §2 ta bi t r ng hai vécto j và E là cùng hu ng, còn = 1 luôn luôn duong nên
ta có bi u th c vécto sau dây:
j = E (8-41)
Ðây là công th c ta c n tìm và d nh lu t du c mô t b ng công th c này g i là d nh
lu t Ohm d ng vi phân du c phát bi u nhu sau: “T i m t di m b t k trong môi tru ng có dòng di n ch y qua, vécto m t d dòng di n t l thu n v i vécto cu ng d di n tru ng t i
di m dó”
B B
Trang 14Chuong VIII V t d n
4 SU T ÐI N Ð NG
a Ngu n di n
Xét hai v t d n A và B mang di n trái
d u: A mang di n duong, B mang di n âm (hình 10-8) Nhu v y di n th A cao hon
di n th B, gi a A và B xu t hi n di n tru ng tinh hu ng theo chi u di n th gi m
N u n i A v i B b ng v t d n M thì các h t t i
di n duong s chuy n d ng theo chi u di n tru ng t A v B, còn các h t t i di n âm thì ngu c l i K t qu là trong v t d n M xu t
hi n dòng di n theo chi u t A sang B, di n
th c a A gi m xu ng, di n th c a B tang lên Cu i cùng, khi di n th c a A và B b ng nhau thì dòng di n s ng ng l i
Mu n duy trì dòng di n trong v t d n M ta ph i dua các h t t i di n duong t B tr v
l i A (và các h t t i di n âm t A tr v l i B) d làm cho VA > VB Ði n tru ng tinh E không
làm du c vi c này, trái l i còn ngan c n quá trình dó (vì ta dã bi t là các di n tích duong s
chuy n d ng cùng chi u v i chi u di n tru ng tinh E , còn h t t i di n âm thì ngu c l i) Vì
v y ph i tác d ng lên h t t i di n duong m t l c làm cho nó ch y ngu c chi u di n tru ng tinh, t c là t noi có di n th th p d n noi có di n th cao (l p lu n tuong t d i v i h t t i
di n âm) Rõ ràng l c này không th là l c tinh di n mà là l c phi tinh di n, hay l c l Tru ng l c gây ra l c l y g i là tru ng l E* Ngu n t o ra tru ng l y g i là ngu n di n
Trong ngu n di n t n t i c tru ng l E * và tru ng tinh E song chúng ngu c chi u nhau, v cu ng d thì E* > E thì m i dua du c các h t t i di n duong t c c (-) v l i c c (+)
Ð d c trung cho kh nang sinh công c a ngu n di n, ngu i ta dua ra khái ni m su t
di n d ng du c d nh nghia nhu sau:
“Su t di n d ng c a ngu n di n là m t d i lu ng có giá tr b ng công c a l c di n tru ng do ngu n t o ra làm d ch chuy n m t don v di n tích duong m t vòng quanh m ch kín c a ngu n dó”
