Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Vật lý 1: Vật dẫn - Tụ điện cung cấp cho người học các kiến thức: Vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, hiện tượng cảm ứng điện, điện dung của vật dẫn, của tụ điện, tụ điện trong mạch, năng lượng của vật dẫn, tụ điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện Hiện tượng cảm ứng điện Điện dung vật dẫn, tụ điện Tụ điện mạch Năng lượng vật dẫn, tụ điện ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang Vật dẫn trạng thái cân tĩnh điện Dưới tác dụng điện trường E, e vật dẫn di chuyển ngược chiều điện trường Điện tích phân bố lại sinh điện trường E’ ngược chiều E Điện trường E’ tăng dần đến điện trường tổng hợp bên vật dẫn triệt tiêu điện tích ngừng dịch chuyển: Vật dẫn cân tĩnh điện, Etrong = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Vật dẫn trạng thái cân điện- Tính chất 1) Điện trường điểm bên vật dẫn 2) Điện tích phân bố bề mặt vật dẫn 3) Vec tơ điện trường mặt vật dẫn vng góc với bề mặt 4) Điện tích tập trung nhiều nơi có bán kính cong nhỏ 5) Vật dẫn vật đẳng (Vvật dẫn= hằng) VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Vật dẫn trạng thái cân điện - Tính chất (Corona discharge) (Discharger on airplane) (Lightning rod) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Vật dẫn trạng thái cân điện - Tính chất (Coaxial cable) (Discharger on airplane) (Faraday cage) (Electromagnetic shielding cages ) VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang (Thanh phóng điện tích cánh máy bay VN - Airbus A321) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Hiện tượng cảm ứng điện (điện hưởng) Hiện tượng điện tích cảm ứng xuất vật dẫn đặt điện trường gọi tượng cảm ứng điện hay điện hưởng Điện hưởng phần điện hưởng toàn phần Điện hưởng phần Điện hưởng toàn phần ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện Vật dẫn tích điện Q điện V tỉ lệ với Q Định nghĩa điện dung vật dẫn: C= Q V , F=C/V (Farad) Tụ điện cấu tạo vật dẫn đặt tách rời Khi tích điện, hai vật dẫn có điện tích trái dấu (điện hưởng toàn phần), hiệu điện U Định nghĩa điện dung tụ điện: (Tụ điện phẳng) C= Q U (Tụ điện cầu) , F=C/V (Farad) (Tụ điện trụ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện - Điện môi Đặt điện môi vào tụ điện điện tích khơng đổi Điện tích cảm ứng mặt điện môi làm điện trường hiệu điện hai giảm tỉ lệ K (phụ thuộc chất điện môi) Độ điện thẩm chất điện môi: ε = Kε0 (K 1) σ σ σ → E= = ε0 ε Kε0 σ Biểu diễn khác: E = ε0 ε ( : độ điện thẩm tỉ đối điện môi đối E0 = (Chân không) (Điện môi) với chân khơng) Điện dung tụ điện có điện môi: C0 → C = K C0 ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang The effect of a dielectric on the electric field of a capacitor 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Capacitance and the computer keyboard 11 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện 1) Điện dung tụ điện phẳng: Ứng dụng định luật Gauss Điện trường tụ điện phẳng: E= σ Q = ε εS Hiệu điện bản: Vab = U = E d = Qd Q = εS C Điện dung tụ điện phẳng: C=ε S d 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện 2) Điện dung tụ điện cầu: Ứng dụng định luật Gauss Điện trường mặt cầu (có phương xuyên tâm): E= Q 4πεr Hiệu điện tụ điện: 𝑏 𝑏 U = න E ∙ dԦr = න E dr 𝑎 𝑎 𝑏 U= Q dr Q Q Q b−a Q න 2= − = = 4πε r 4πε a 4πε b 4πε a b C 𝑎 Điện dung tụ điện cầu: C = 4πε a b b−a 13 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện 3) Điện dung tụ điện trụ: Ứng dụng định luật Gauss Điện trường mặt trụ có phương xuyên tâm: E= λ 2πεr Hiệu điện tụ điện: 𝑏 𝑏 U = න E ∙ dԦr = න E dr 𝑎 𝑎 𝑏 U= λ dr λ b Q λL න = ln = = 2πε r 2πε a C C 𝑎 Điện dung tụ điện trụ: C = CuuDuongThanCong.com 2πεL 𝑏 ln 𝑎 14 https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Tụ điện mạch 1) Nối song song (Parallel connection): C1 = Q1 ∆V C2 = Q2 ∆V Q = Q1 + Q = C1 ∆V + C2 ∆V = C1 + C2 ∆V = Ceq ∆V 𝑁 ⇒ Ceq = C1 + C2 ⇒ Ceq = Ci 𝑖=1 15 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Tụ điện mạch 2) Nối tiếp (Series connection): Q Q Q ; ∆V2 = ; ∆V = C1 C2 Ceq Q Q Q = + ∆V = ∆V1 + ∆V2 ⇒ Ceq C1 C2 ∆V1 = 𝑁 ⇒ 1 = + Ceq C1 C2 1 ⇒ = Ceq Ci 𝑖=1 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang 17 ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang Năng lượng vật dẫn tích điện, tụ điện Công cần thiết để truyền cho tụ điện điện tích dq: dW = U dq = W Q q dq C Q2 Công cung cấp cho tụ từ điện tích q = Q: W = න dW = න q dq = C 2C Năng lượng vật dẫn: Q2 W= = CV = QV 2C 2 Năng lượng tụ điện: W= Mật độ lượng điện trường: Q2 = CU = QU 2C 2 we = Năng lượng điện trường thể tích V: W = ε εE V (J/m3) W = න we dV V 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang TĨM TẮT CƠNG THỨC 1) Điện trường bên vật dẫn 0: Etrong= 2) Điện trường mặt ngồi vật dẫn vng góc với bề mặt: E=/ 3) Vật dẫn vật đẳng 4) Điện dung vật dẫn: C= 5) Điện dung tụ điện: C= Q V Q U 6) Điện dung tụ điện phẳng: C = ε 7) Điện dung tụ điện cầu: , F (Farad) S d C = 4πε 8) Điện dung tụ điện trụ: C = , F (Farad) a b b−a 2πεL b ln a 19 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang TĨM TẮT CƠNG THỨC 𝑁 9) Tụ điện nối song song: Ceq = Ci 𝑖=1 𝑁 10) Tụ điện nối tiếp: 1 = Ceq Ci 𝑖=1 Q2 = CV = QV (J) 2C 2 Q 1 = CU = QU 12) Năng lượng tụ điện: W = 2C 2 W 13) Mật độ lượng điện trường: we = = ε0 εE (J/m3) V 11) Năng lượng vật dẫn: W= 14) Năng lượng điện trường thể tích V: W = න we dV (J) V 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 ... 14/05/2017 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Capacitance and the computer keyboard 11 VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN ĐIỆN TỪ TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện 1) Điện dung tụ điện phẳng:... 14/05/2017 ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang 17 ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang Năng lượng vật dẫn tích điện, tụ điện Công cần thiết để truyền cho tụ điện điện tích dq:... ĐIỆN TỪ VẬT DẪN – TỤ ĐIỆN TS Nguyễn Kim Quang Điện dung vật dẫn, tụ điện Vật dẫn tích điện Q điện V tỉ lệ với Q Định nghĩa điện dung vật dẫn: C= Q V , F=C/V (Farad) Tụ điện cấu tạo vật dẫn đặt