Chương 7 Tường tĩnh điện Nguyễn Tiến Hiển - Bộ môn Vật lý Email: nguyentienhien@vnua.edu.vn Webpage: http://fita.vnua.edu.vn/nthien/
NỘI DUNG CHÍNH v Mở đầu v Định luật Coulomb v Điện tường v Điện thông, định lý Ostogadski-Gauss v Điện thế v Năng lượng điện tường 1/4/ No. Nguyễn Tiến Hiển
MỞ ĐẦU v Điện là một thuộc tính nội tại của vật chất (giống như khối lượng của vật) v Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và âm (-). o Quy ước Điện tích của thuỷ tinh khi cọ xát vào lụa là điện tích dương (+) Điện tích của thanh nhựa sẫm màu khi cọ xát vào vải khô là điện tích âm (-) v Điện tích có giá tị nhỏ nhất bằng 1.6 1-19 C gọi là điện tích nguyên tố (1e = 1.6 1-19 C) v Điện tích của một vật tích điện luôn có giá tị gián đoạn và bằng bội số của điện tích nguyên tố Q = ne, n là một số nguyên. v Đơn vị của điện tích là coulomb (C) 1/4/ No. 3 Nguyễn Tiến Hiển
ĐỊNH LUẬT COULOMB v Phát biểu định luật o Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q 1 và q có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng q1q F1 F1 k v Biểu thức o Tong chân không: k 1 4 9 1 9 Nm / C o Tong môi tường vật chất: k 1 4 9 1 9 Nm / C ε = 8,85 1 1 (F/m) là hằng số điện thẩm của chân không ε là hằng số điện môi tỷ đối của môi tường 1/4/ No. 4 Nguyễn Tiến Hiển
ĐỊNH LUẬT COULOMB v Phương chiều của lực tác dụng o Phương: nằm tên đường thẳng nối hai điện tích (lực xuyên tâm) o Chiều: các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau F 1 F 1 q 1 q F 1 q 1 q F 1 F F 1 1 q1q k 3 F 1 F 1 q 1 q 1/4/ No. 5 Nguyễn Tiến Hiển
ĐỊNH LUẬT COULOMB v Ví dụ: Khoảng cách giữa electon và poton tong Nguyên tử hydo là 5.3 1-11 m. Xác định độ lớn của lực tương tác tĩnhđiện giữa chúng. v Bài giải q 1 F F q 5,3 1 9 1 9 8, 1 1,6 1 11 m Nm C 8 N q1q F k 19 C 19 19 1,6 1 C 1,6 1 C 11 5,3 1 m 1/4/ No. 6 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN TRƯỜNG v Khái niệm điện tường o Điện tường là một dạng vật chất đặc biện tồn tại xung quanhđiện tích và là nhân tố tung gian để tuyền tương tác giữa cácđiện tích. v Véc tơ cường độ điện tường o Để đặc tưng cho điện tường về mặt lực tác dụng người ta sử dụng đại lượng Cường độ điện tường. o Nếu đặt điện tích q tong điện tường của điện tích q thì q sẽ chịu tác dụng của một lực qq F k 3 o Định nghĩa và biểu thức E o Đơn vị của cường độ điện tường (N/C) hay (V/m) F q 1/4/ No. 7 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN TRƯỜNG v Điện tường do một điện tích điểm gây a F F E F q q k 3 1/4/ No. 8 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Đường sức điện tường o Phương thức mô tả điện tường bằng hình ảnh o Đường sức điện tường là những đường cong vẽ tong điện tường sao cho tiếp tuyến của nó tùng với phương của véc tơ cường độ điện tường tại điểm đó. v Tính chất (cách vẽ đường sức điện tường) o Đường sức điện tường là những đường cong hở o Chiều của đướng sức điện tường là chiều của điện tường (xuất phát từ bề mặt điện tích dương đi a vô cùng hoặc kết thúc tên bề mặt điện tích âm) o Mật độ đường sức điện tường tại một điểm bằng tị số của cường độ điện tường tại điểm đó. o Tập hợp tất cả các đường sức điện tường gọi là điện phổ 1/4/ No. 9 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Điện phổ 1/4/ No. 1 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU e E 1/4/ No. 11 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Điện thông (thông lượng điện tường) o Diện tích có hình dạng bất kỳ e d e o Ý nghĩa: Thông lượng điện tường là đại lượng có tị số cân bằng với số đường sức điện tường xuyên qua diện tích đó 1/4/ No. 1 Nguyễn Tiến Hiển E d
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Định lý Ostogadsky-Gauss o Mặt kín bao quanh các điện tích điểm q i i E d e o Điện thông gửi qua một mặt kín có giá tị bằng tổng đại số các điện tích chứa tong mặt kín ấy chia cho o Mặt cong kín (mặt Gauss) thường được chọn có hình dạng đối xứng để đơn giản bài toán. o Chú ý: điện thông gây a bởi điện tích dương mang giá tị dương, điện thông gây a bởi điện tích dương mang giá tị âm 1/4/ No. 13 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Định lý Ostogadsky-Gauss o Ví dụ áp dụng: Xác định điện tường do một mặt phẳng vô hạn tích điện đều với mật độ σ (C/m) gây a o o o o e d E d E d E Mặt bên Hai đáy d E E d E E q E e 1/4/ No. 14 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THÔNG, ĐỊNH LÝ OTROGRADKY-GAU v Định lý Ostogadsky-Gauss o Ví dụ áp dụng: điện tường bên tong tụ điện o Điện tường chỉ tồn tại bên tong tụ điện o Bên ngoài tụ điện điện tường do hai bản tụ tiệt tiêu nhau o Độ lớn của điện tường bên tong tụ điện E E E 1/4/ No. 15 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THẾ v Tính chất thế của tường tĩnh điện o Giả sử điện tích q di chuyển từ M đến N tong điện tường của điện tích q o Công của lực điện tường bằng o o o A MN N M da d N M F ds da F ds F ds cos qq k qq k ds cos vì ds cos d N N qq qq qq AMN da k d k k M M M N 1/4/ No. 16 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THẾ v Tính chất thế của tường tĩnh điện o Nhận xét qq qq AMN k k Công của lực tĩnh điện chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo mà không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo. o Kết luận: => Tường tĩnh điện có tính chất thế v Thế năng của một điện tích tong điện tường o Bảo toàn năng lượng: AMN WtM WtN o Quy ước thế năng tại vô cùng bằng không, do đó qq qq qq AM k k k M qq AM WtM Wt WtM WtM k M o Vậy biểu thức thế năng của điện tích tong điện tường là qq W t k 1/4/ No. 17 Nguyễn Tiến Hiển M M N
ĐIỆN THẾ v Điện thế o Đại lượng đặc tưng cho điện tường về mặt thế năng (tức là khả năng sinh công) o Xác định bằng o Đơn vị: Vôn (V) v Hiệu điện thế Wt V q q k o Đại lượng U MN được gọi là hiệu điện thế giữa hai điểm M, N tong điện tường V M VN q U MN AMN WtM WtN q o Ý nghĩa của hiệu điện thế: nếu chọn q = +1 C thì U MN = A MN o ==> Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N tong điện tường có giá tị bằng công của lực điện tường làm di chuyển một đơn vị điện tích dương giữa hai điểm ấy 1/4/ No. 18 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THẾ v Mặt đẳng thế o Mặt đẳng thế là quỹ tích của những điểm có cùng thế năng o Ví dụ Hạt điện tích dương Lưỡng cực điện Hệ hai điện tích dương 1/4/ No. 19 Nguyễn Tiến Hiển
ĐIỆN THẾ v Tính chất của mặt đẳng thế o TC1: Công của lực tĩnh điện tong sự di chuyển một điện tích bất kỳ q tên mặt đẳng thế bằng không V A M MN V q N V V o TC: Véc tơ cường độ điện tường tại mọi điểm tên mặt đẳng thế luôn vuông góc với mặt đẳng thế tại điểm đó A MN qe ds N M F ds M A MN E ds N F ds E ds 1/4/ No. Nguyễn Tiến Hiển
Hết chương 7 Nguyễn Tiến Hiển - Bộ môn Vật lý Email: nguyentienhien@vnua.edu.vn Webpage: http://fita.vnua.edu.vn/nthien/