Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Ch−¬ng II
VËt dÉn
Kim lo¹i: h¹t dÉn lμ c¸c®iÖntötùdo
1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện, Tính chất của
vật dẫn mang điện
1.1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện:
Véc tơ cờngđộđiệntrờng trong vật dẫn
bằng không:
Thnh phần tiếp tuyến của véc tơ cờng độ
điện trờng trên bề mặt vật dẫn bằng không:
0E
tr
=
r
0E
t
=
r
n
EE
r
r
=
0E
tr
=
r

r
r
vì

i
q
S
1.3 ứng dụng
Lồng Faraday
0E =
r
Máy phát tĩnh điện WandeGraf
Hiệu ứng mũi nhọn, gió điện:
Giải phóng điện tích trên máy
bay, phóng điện bảo vệ máy
điện, cột thu lôi
Véc tơ cờngđộđiệntrờng luôn
vuông góc với bề mặt vật dẫn.
E
r
2. Hiện tợng điện hởng
A
B tích điện âm đợc đa gần A
A lúc đầu không tích điện
B
-
-
-
-
-

=+=
r
r
r
ĐL về các phtử tơng ứng: điện tích cảm ứng
trên các phtử tơng ứng có giá trị bằng nhau
ng
E
r
+
+
+
-
-
-
0
E
r
cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn (lúc đầu không
tích điện) khi đặt trong điện trờng ngoi
l hiện tợng các điện tích
Điện hởng một phần v điện hởng ton phần
B
V







+
+
+
+
+
Cầu KL bán kính R, Q=1, V=1, C=1F
R4
Q
V
0

=
Von1
Culong1
Fara1 =
)m(10.9
10.86,8.4
1
4
1
R
9
12
0
=

=

=


V
3
Hệ ba vật dẫn 1, 2, 3:
Điện tích q
1
, q
2
, q
3
Điện thế tơng ứng: V
1
, V
2
, V
3
q
1
=C
11
V
1
+C
12
V
2
+C
13
V
3
q

12
C
13
C
ik
= C
21
C
22
C
23
C
31
C
32
C
33
C
i=k
Điện dung; C
ik
hệ số điện hởng có tính
tơng hỗ nên C
ik
= C
ki
. Nếu có n vật dẫn thì
i,k=1, 2, ,n.
4.2. Tụ điện: Gồmhaivậtdẫncó
tơng tác điện hởng ton phần

+
+
+
+
q
2

S
0qqSdD
21
S
=+=

r
r
C
ik
đối xứng
b.TÝnh chÊt II:
q
1
=C
11
V
1
+C
12
V
2
q

1
=C(V
1
-V
2
)
q
2
=-C(V
1
-V
2
)
C lμ ®iÖn dung cña tô ®iÖn;q
1
>0 ,C>0=>V
1
>V
2
Chøng minh: Nèi vá ngoμiB víi®Êtq
2
’=0 :
(C
11
+C
21
)V
1
+(C
12

2
)=CU
U hiÖu ®iÖn
thÕ gi÷a 2
b¶n cùc tô
a.Tô ®iÖn ph¼ng
+Q -Q
+
+
+
+
-
-
-
-
S
d
εε
σ
==−=
0
21
d.
d.EVVU
S
d.Q
S
Sd.
U
00

=−=
12
210
RR
RR4
U
Q
C
−
π
ε
ε
==⇒
c. Tô ®iÖn trô
1
2
0
21
R
R
ln
l2
Q
VVU
επε
=−=
1
2
R
R

1
12
1
12
1
2
=
−
≈
−
+=
d
S
d
R.l2
C
00
ε
ε
=
π
ε
ε
=⇒
☞ §iÖn dung C cña tô ®iÖn bÊt kú ~ thuËn ε & S
vμ ~ nghÞch d.
d. Mét sè lo¹i tô ®iÖn ®ang sö dông
•Tô ®iÖn kh«ng khÝ thay ®æi
®−îc ®iÖn dung
•Tô ®iÖn giÊy,


=
120
1
2
210
2
12112
r4
q
q
2
1
r4
q
q
2
1
Wrrr

+

===
)VqVq(
2
1
W
2211
+=


Vdq
2
1
W
C
q
2
1
CV
2
1
qV
2
1
W
2
2
===
5. 3. Năng lợng của tụ điện
Hệ n vật dẫn có q
1
, q
2
,q
n
v điện thế tơng ứng V
1
, V
2
,V

=−=
2
2
CU
2
1
C
q
2
1
qU
2
1
W ===
5.4. N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng
Tô ®iÖn cã thÓ tÝch kho¶ng gi÷a 2b¶n ΔV=S.d
d
S
C
0
ε
ε
=VE
2
1
d
d
U
d
S

1
0
2
2
0e
=
εε
=εε=ϖ
MËt ®é n¨ng l−îng ®iÖn tr−êng t¹i mét ®iÓm:
N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng trong kh«ng gian V
EdVD
2
1
dVW
VV
e
∫∫
=ϖ=