Bài giảng điện tử Vật lý đại cương 4TC

Điện trường là một dạng tồn tại của vật chất xung quanh các điện tích, đặc trưng cơ bản của điện trường là tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó... PHƯƠNG PHÁP TỔNG QUÁ[r]

CHƯƠNG 5

ĐIỆN TRƯỜNG

§1 ĐỊNH LUẬT CULÔNG

1 Một số khái niệm

- Điện tích điểm;

- Tương tác tĩnh điện.

2 Định luật Culông trong môi trường

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

k = 1/(4  0 ) = 9.10 9 Nm 2 /C 2 ,  0 = 8,846.10 -12 C 2 /Nm 2

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

r

2

r

Qq

k F





 0 : Hằng số điện

 : Hằng số điện môi

§2 ĐIỆN TRƯỜNG

1 Khái niệm điện trường

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

Điện trường là một dạng tồn tại của vật chất xung quanh các điện tích, đặc trưng cơ bản của điện trường là tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

2 Vectơ cường độ điện trường

- Định nghĩa:

- Đơn vị: V/m

- Ta có

- Ý nghĩa CĐĐT: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực.

E F

E F

E q

F



















khi q < 0

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

là vectơ cường độ điện trường, là lực điện trường

tác dụng lên điện tích điểm q.

F 

E 

§3 PHƯƠNG PHÁP TỔNG QUÁT XÁC ĐỊNH

VECTƠ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

1 Cường độ điện trường của điện tích điểm

+ ĐĐ: Tại điểm xét;

+ P: Đường thẳng nối điện tích với điểm xét;

+ C: Hướng ra xa điện tích nếu Q > 0 và hướng vào

điện tích nếu Q < 0;

+ Đl:

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

2

r

Q

k q

F E







2 Sử dụng nguyên lý chồng chất điện trường

a) Nhiều điện tích điểm

- Xét từng điện tích điểm: Biểu diễn phương, chiều trên hình vẽ và tính độ lớn từng vectơ CĐĐT

- Sử dụng nguyên lý chồng chất điện trường:

Ví dụ: Hình bên biểu diễn chồng chất của 2 vectơ CĐĐT

Độ lớn:

1

E 

2

E 

E 

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

1 2

1

n

i

E E E E E



     

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG



2 2

1 2 2 1 2cos ; ( 1 2)

E  E  E  E E    E ,E  

Q > 0 M

b) Vật tích điện

- Chia vật thành những phần tử cực kỳ nhỏ, mỗi

- Xét điện tích điểm bất kỳ gây ra điện trường vi phân Ta xác định phương, chiều và độ lớn của

nó Về mặt lý thuyết ta có thể làm cho những điện tích vi phân còn lại.

- Số vectơ CĐĐT vi phân cực kỳ lớn nên thay vì lấy tổng bây giờ nguyên lý chồng chất trở thành tích phân:

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

Ob.

E    dE 

dE 

§5 TÍNH CHẤT THẾ CỦA TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN

1 Công của lực tĩnh điện

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG







N

M

N

M

N

M

MN dA F d s q E d s

s

d 

+ Công của lực tĩnh điện khi dịch chuyển điện tích không phụ thuộc dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của đường đi đó.

+ Trường tĩnh điện là trường lực thế (có thế năng).

+ Nếu đường cong dịch chuyển là kín:

MN

kqQ kqQ A

r r

0 )

(





C

s d

E  

2 Định nghĩa điện thế

V M là điện thế tại M,

A MO là công dịch chuyển

điện tích q từ M về gốc O.

- Đơn vị: V (vôn)

- Ý nghĩa: Điện thế là đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện dự trữ năng lượng.

- Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N:

ở đây A MN là công dịch chuyển điện tích q từ M đến N.

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

MN

A

q

3 Các biểu thức xác định điện thế trong điện trường

- Điện tích điểm: Chọn gốc ở vô cùng

VM = kQ/rM

ở đây rM là khoảng cách từ điểm xét M đến điện tích (m).

Lưu ý: Tuyệt đối không dùng trị tuyệt đối cho Q khi tính V

- Liên hệ dạng tích phân

Định luật

Culông

Định luật

Culông

Điện trường

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Phương pháp

tổng quát xác

định CĐĐT

Tính chất thế

của TTĐ

Tính chất thế

của TTĐ

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

Vectơ điện

cảm, định lý

O-G

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

MN

kqQ kqQ A

r r

MN

A   dA   Fdl    q Edl   

§8 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN

1 Định nghĩa

2 Điều kiện

Điện dung

của tụ điện

Điện dung

của tụ điện

Năng lượng

trường TĐ

Năng lượng

trường TĐ

Vật dẫn (VD) ở trạng thái CBTĐ khi các điện tích của nó không có chuyển động định hướng.

- Bên trong VD, vectơ cường độ điện trường phải bằng 0.

- Tại điểm nào đó trên bề mặt VD, vectơ cường độ điện trường phải vuông góc với bề mặt tại điểm đó.

3 Tính chất

- Toàn bộ vật dẫn là khối đẳng thế.

- Nếu VD tích điện, điện tích chỉ phân bố trên bề mặt của nó.

- Với VD rỗng, điện trường bên trong phần rỗng bằng 0.

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

§9 ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN

1 Tụ điện

2 Điện dung của tụ điện

* Ý nghĩa điện dung của tụ điện

- Đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện.

Q C

U



d

S

C 0

 Với tụ điện phẳng:

Điện dung

của tụ điện

Điện dung

của tụ điện

Năng lượng

trường TĐ

Năng lượng

trường TĐ

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG

S



§10 NĂNG LƯỢNG TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN

3 Năng lượng hệ điện tích điểm

2 Năng lượng vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện

Với hệ n điện tích điểm q1, q2, , qn

với Vi là điện thế do các điện tích điểm khác gây ra tại qi







n

i

i i

W

1

2 1

1 2

e

W  QV

Q là điện tích của VD (C), V là điện thế của VD.(V)

1 Năng lượng của tụ điện

Q là điện tích của tụ (C), C là điện dung của tụ (F) và U là

hiệu điện thế giữa hai bản tụ (V).

2

2

1 2

1

CU QU

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

Trạng thái

cân bằng

tĩnh điện

Điện dung

của tụ điện

Điện dung

của tụ điện

Năng lượng

trường TĐ

Năng lượng

trường TĐ

ĐIỆN

TRƯỜNG

ĐIỆN

TRƯỜNG