Microsoft PowerPoint EM ch2 lecture 02 s1 13 14 ppt 1 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp HCM Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT Semester 1/13 14 Chương 2 – Trường điện tĩnh [4 Us[.]
Trang 1 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
Chương 2 – Trường điện tĩnh
[4 Use Gauss’ Law and Poisson’s Equation to find fields for charge
distributions and determine the capacitance of simple structures]
Lecture-6:
Vật liệu trong trường điện tĩnh, năng
lượng, tụ điện & điện dung
[5 Understand the behavior of electric field in the presence of dielectric
and conducting materials.]
4 Vật liệu trong trường điện tĩnh
a) Vật dẫn trong trường điện tĩnh
b) Điện môi trong trường điện tĩnh
Trang 2 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
a) Vật dẫn trong trường điện tĩnh
Tính chất của vật dẫn trong trường điện tĩnh:
Trường điện bên trong vật dẫn:
Điện tích dịch chuyển
0 & 0
J =σE= σ ≠
⇒ E =0 Không có trường điện trong VD
Mật độ điện tích khối trong vật dẫn:
( ) & 0
0
v
ρ = Không tồn tại mật độ điện tích khối trong VD
⇒
Điện tích cảm ứng
Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
a) Vật dẫn trong trường điện tĩnh
Thế điện trong vật dẫn:
& 0
dϕ= −Ed E=
⇒ϕ = const VD là đẳng thế, mặt VD là đẳng thế
Trường điện lân cận bên ngoài vật dẫn:
D -D =ρs
1t 2t
E -E =0
ε
ρ
0
t
E
E E a E a
⇒= + ⇒
TĐ lân cận bên ngoài vật dẫn vuông góc với bề mặt vật dẫn
( s/ ) n
E= ρ ε a
Tổng quát:
Trang 3 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
a) Vật dẫn trong trường điện tĩnh
Ứng dụng: màn chắn điện
Màn điện được dùng để chống nhiễu của trường ngoài
Trong thực tế màn điện được thay bằng lưới kim loại
E = 0
Màn đin
0
ng
E ≠
0
ng
E ≠
Lưới kim loại nối đất sẽ ngăn được ảnh hưởng của
trường ngoài vào bên trong và trường bên trong ra bên
ngoài
b) Điện môi trong trường điện tĩnh
Điện môi trong trường điện tĩnh -> bị phân cực và
xuất điện điện tích phân cực (liên kết) thỏa:
p
q = PdS
S
P====D−−−−ε ε ε ε E====(ε ε ε ε−−−−ε ε ε ε )E (C/m )
với:
Trang 4 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
b) Điện môi trong trường điện tĩnh
Hiện tượng chọc thủng điện môi:
Khi trường điện ngoài E ≥ E ct : điện môi trở nên dẫn điện.
Trong V, MĐĐT khối liên kết:
ps 1n 2n 2
m
−
Đ iện tích phân cực trên phải kể tới trong việc xem xét
bài toán trường điện tĩnh, thông thường ở dạng phân bố
ρ = divP C
m
−
Trên biên, MĐĐT mặt liên kết :
Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
b) Điện môi trong trường điện tĩnh
Trang 5 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
5 Năng lượng trường điện
Năng lượng trường điện tĩnh của hệ điện tích điểm:
1
2
3
3: q 3( 31 32)
n
Total positioning
Work
2 21 3( 31 32) ( 1 2 ( 1))
W→ =q ϕ +q ϕ +ϕ + +q ϕ +ϕ + +ϕ −
1
1 2
n Total k k
k
=
Energy of Field
=
1
1 2
n
e k k
k
=
⇔
R23=R32
R12=R21
R3n=Rn3
R1n=Rn1
q 1 q 2
q 3
q n
5 Năng lượng trường điện
Năng lượng trường điện tĩnh của hệ điện tích phân bố:
Năng lượng trường điện tĩnh tính theo mật độ năng lượng
trong thể tích V: (giả sử hệ liên tục)
1 2
e V v
1
2 V ρ ϕv dV
∞
⇒
Trang 6 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
5 Năng lượng trường điện
Ví dụ 1: Tính NL trường điện do quả cầu bán kính a mang
điện với mật độ điện tích khốiρv=ρ0=const sinh ra bằng 2
cách, giả sử toàn bộ không gian cóε=ε0?
Ví dụ 2: Tính NL trường điện của hệ như hình vẽ bằng 2
cách
x
U0 ε=3ε0
S=axb
Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
6 Tụ điện và điện dung
Tụ điện là hệ bao gồm 2 vật dẫn (2 điện cực, 2 cốt tụ)
cách điện với nhau bởi không khí hoặc điện môi
q
Tích điện cho tụ: dùng điện áp của nguồn U, điện tích trên
mỗi điện cực có quan hệ tuyến tính với điện áp sao cho:
U
q
-q
Trang 7 Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp.HCM
Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT-Semester 1/13-14
6 Tụ điện và điện dung
Năng lượng trường điện tích lũy trong tụ điện:
2 1
2
e
W = CU
W = ∫ ρ ϕ dS = ϕ ∫ ρ dS + ϕ ∫ ρ dS
2
e
W = qU ⇒
(C đặc trưng cho khả năng tích lũy NLTĐ của tụ điện)
Các dạng tụ điện thường gặp:
b
a
2 1 2
e C
6 Tụ điện và điện dung
Tính điện dung của tụ điện:
Giả sử biết U tính q tính C
Giả sử biết q tính U tính C
Giả sử biết U tính We tính C
Giả sử biết q tính We tính C