Bài giảng Vật dẫn trong diện trường

Nội dung text: Bài giảng Vật dẫn trong diện trường

1. II. Vậtdẫn trong điệntrường 1
2. Nội dung „ Thuyết điện tử tự do trong kim loại. „ Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn. Vậtdẫn trong điện trường ngoài. „ Điệndung củavậtdẫncôlập. „ Điệndung củahaivậtdẫn. Tụđiện. „ Tụđiệnphẳng, trụ và cầu. „ Ghép tụđiện. 2
3. Mụctiêu „ Nắm được khái niệm điện tử tự do, định xứ, phân loại vật liệu theo tính dẫn điện. „ Các tính chất của vật dẫn trong điện trường. „ Khái niệm về điện dung, tụ điện. „ Vận dụng tính điện dung trong một số trường hợp cụ thể. 3
4. II.1 Thuyết điện tử tự do trong kim loại. 4
5. 1. Phân biệtvậtchấttheotínhdẫn điện „ Vậtdẫn điện: điệntíchcóthể chuyển động tự do trong toàn bộ thể tích. VD: kim loại. „ Chấtcáchđiện(điệnmôi): điệntíchđịnh xứ/kém tự do. VD: gỗ, giấy, nhựa. „ Bán dẫn. VD: Si, Ge. „ Siêu dẫn. Hg, Y-Ba-Ca-O 5
6. 2. Yếutố quyết định tính dẫn điện? Cấutạovàbảnchất điệncủa các nguyên tử. „ Kim loại: -ion dương sắpxếptrậttự tạothànhmạng tinh thể, dao động nhiệtnhỏ quanh nút mạng. - điệntử hóa trị liên kếtyếuvớihạt nhân nguyên tử, tách khỏinguyêntử thành điệntử dẫn. „ Điệnmôi: - điện tích không chuyển động tự do, ví dụđiệntử liên kết mạnh vớinguyêntử. 6
7. II.2 Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn. Vật dẫn trong điện trường ngoài. 7
8. 1. Sự cân bằng điện tích trên vật dẫn. „ Vậtdẫncânbằng điệntích: trạng thái điệntíchtự do nằmcânbằng (không chuyển động tạo thành dòng điện). „ Điềukiệncânbằng tĩnh điện: - Vector cường độ điệntrường tạimọi điểm trong vậtdẫn phảibằng 0. -Tạimọi điểmtrênbề mặtvậtdẫn, thành phầntiếptuyến của vector cường độ điệntrường bằng 0, vector cường độ điệntrường vuông góc vớibề mặtvậtdẫn. 8
9. 2. Tính chấtcủavậtdẫnmangđiện „ Vậtdẫncânbằng tĩnh điệnlàmộtkhối đẳng thế (equipotential object) „ Nếumộtvậtdẫncómột điệntíchq vàở trạng thái cân bằng tĩnh điệnthìđiệntích q chỉđượcphânbố trên bề mặtcủa vậtdẫn, bên trong vậtdẫntổng đạisố điệntíchbằng 0. Ứng dụng: máy phát tĩnh điện, màn điện. „ Sự phân bốđiệntíchtrênmặtvậtdẫnchỉ phụ thuộc vào hình dạng củamặt. 9
10. 3. Vậtdẫntrongđiệntrường ngoài. „ Hiệntượng điệnhưởng: Hiệntượng các điệntíchcảm ứng xuấthiệntrênbề mặtvậtdẫnkhi đặttrongđiệntrường ngoài đượcgọilàhiệntượng điệnhưởng (hiện tượng cảm ứng tĩnh điện). 10
11. Vậtdẫntrongđiệntrường ngoài (cont.1) „ Định lý các phầntử tương ứng: Điệntíchcảm ứng trên các phầntử tương ứng có độ lớn bằng nhau và trái dấu: ∆q’ = ∆q Ý nghĩa: cho thấymốiquanhệ giữa điệntíchcủavậtmang điệnvàđiệntíchcảm ứng xuấthiệntrênvậtdẫn. 11
12. Điệnhưởng mộtphầnvàtoànphần „ Điệnhưởng mộtphần: Độ lớncủa điệntíchcảm ứng trên vậtdẫnnhỏ hơn độ lớn điệntíchtrênvậtmangđiện. „ Điệnhưởng toàn phần: Độ lớncủa điệntíchcảm ứng trên vậtdẫnbằng độ lớn điện tích trên vậtmangđiện. 12
13. II.3 Điện dung củacácvậtdẫn. Tụđiện. 13
14. 1. Điện dung củavậtdẫncôlập. „ Điệnthế củavậtdẫncôlậptỉ lệ với điệntíchcủavậtdẫn đó: q = C.V hệ số tỉ lệ C: điệndung củavậtdẫn, phụ thuộchìnhdạng, kích thước, tính chấtcủamôitrường cách điệnbaoquanhvậtdẫn. „ Định nghĩa:V = 1 → C = V: Điệndung củavậtdẫncôlậplàmột đạilượng về giá trị bằng điệntíchcần truyềnchovậtdẫn để điệnthế củavậtdẫntăng thêm một đơnvịđiệnthế. Đơnvị: F = C/V. 14
15. 2. Điện dung củahaivậtdẫn. „ Điện dung củahaivậtdẫn: Xét 2 vậtdẫn1 và2 ở trạng thái cân bằng điệnvới điệntíchvà điệnthế là q1, V1 và q2, V2. + q1 = C11.V1 + α12.V2 + q2 = α21.V1 + C22.V2 vớiCii: điệndung củavậtdẫni, αij: hệ số tích điện(độ điện hưởng) củavậtdẫn i gây ra bởivậtdẫnj. „ Mộtsố tính chất: Cii ≥ 0, Cij = Cji. n „ Hệ n vậtdẫn: qi = Cii.Vi + ∑αij .Vj j≠i 15
16. 3. Tụđiện. „ Định nghĩa: tụđiệnlà1 hệ gồmhaivật dẫncôlập, đượcgọilàhaibảntụ, ở trạng thái điệnhưởng toàn phần. „ Tính chất: - Điệntíchxuấthiện trên hai mặt đối diệncủacácbảntụ có giá trị bằng nhau và trái dấu. - Điện dung C củatụđiện: Q = C.(V1 -V2) hay -Q = -C.(V1 -V2) - Điệnthế củabảntíchđiệndương cao hơncủabảntíchđiệnâm, (V1 > V2). 16
17. 4. Điện dung củamộtsố tụđiện „ Tụđiệnphẳng: C chỉ phụ thuộc vào A, d (các yếutốđốixứng) 17
18. Điệndung củamộtsố tụđiện (cont. 1) „ Tụđiệncầu: 18
19. Điệndung củamộtsố tụđiện (cont. 2) „ Tụđiệntrụ: 2πε ε.l C = 0 R ln 2 R1 19
20. 5. Ghép tụđiện „ Tụđiệnmắcsong song 20
21. Ghép tụđiện (cont. 1) „ Tụđiệnmắcnốitiếp 21
22. Bài tập 22