Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 2: Vật dẫn trong tĩnh điện trường - Lê Công Hảo

CHƯƠNG 2
VẬT DẪN TRONG TĨNH ĐIỆN TRƯỜNG
2.1. Tính chất của vật dẫn điện ở trạng
thái cân bằng tĩnh điện
2.2. Vật dẫn trong điện trường ngoài
2.3. Điện dung của một vật dẫn cô lập
2.4. Tụ điện
2.5. Năng lượng điện trường
TS. Lê Công Hảo
Vật dẫn điện là những vật liệu có sẵn
các điện tích tự do mà có thể dễ dàng
di chuyển từ nguyên tử (phân tử)
này tới nguyên tử (phân tử) khác
⇒ quá trình tái phân bố điện tích trên
toàn bộ bề mặt khi bị nhiễm điện.
2.1. VẬT DẪN CÂN BẰNG ĐIỆN
Trong bài học chỉ xét
kim loại có điện tích
tự do là các electron
Khi chưa có điện trường ngoài, các electron luôn
chuyển động tự do bên trong vật dẫn.
Dưới tác dụng của điện trường ngoài dù nhỏ, các
electron tham gia chuyển động có hướng.
2.1.1. Điều kiện vật dẫn cân bằng tĩnh điện
Quá trình tái phân bố điện tích trên toàn bộ bề
mặt khi bị nhiễm điện điện trường làm mất tác
dụng điện trường bên ngoài xâm nhậm vào
Điều kiện để một vật ở trạng thái cân bằng tĩnh
điện là điện trường bên trong vật dẫn bằng không
Vật dẫn cân bằng tĩnh điện: vật có các điện tích tự
do đứng yên
2.1.2. Tính chất vật dẫn cân bằng tĩnh điện
E = 0
E
E
E
0
E


Điện trường của vật dẫn
Vật dẫn là vật đẳng thế
Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt
2.1.2. Tính chất vật dẫn cân bằng tĩnh điện
Phân bố điện tích phụ thuộc hình dạng bề mặt
Điện tích tập trung
chủ yếu tại các bề
mặt lồi hoặc mũi
nhọn
E=0E=0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Điện tích trên bề mặt không đổi
E=0E=0
Điện tích biến mất
2.1.2. Tính chất vật dẫn cân bằng tĩnh điện
Hiện tượng các điện tích
cảm ứng xuất hiện trên vật
dẫn (lúc đầu không mang
điện) khi đặt trong điện
trường ngoài được gọi là
hiện tượng điện hưởng hay
hưởng ứng điện
2.2. VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI
2.2.1. Hưởng ứng điện
+
(A)
+
+
+
+
-
-
-
-
-
0E
'E
Điện tích
hưởng ứng
Hiện tượng
hưởng ứng điện
Ở trạng thái cân bằng điện: 0'EE0 
Có 02 loại hưởng ứng
(a) Hưởng ứng một phần
+
+
+
+
-
-
-
-
(b) Hưởng ứng toàn phần
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
++
+
+
2.2. VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI
2.2.2. Sự phân bố điện tích
q = - q’
+
+
+
+
-
-
--
q = -q’
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
++
+
+
+
+
2.2. VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI
2.2.3. Màn chắn điện
 Vật dẫn (B) che chắn được sự ảnh hưởng điện
của (C) lên (A).
 Vật dẫn (B) không che chắn được sự ảnh
hưởng điện của (A) lên (C).
(A)
(B)
(C)
Lồng Faraday
2.2. VẬT DẪN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI
Vật dẫn cân bằng
điện
nn
11
00
Vq
Vq
Vq
Nhưng tỉ số: .Const
V
q
....
V
q
V
q
n
n
1
1
0
0 
Chỉ phụ thuộc hình
dạng, kích thước của
vật dẫn
Đặt:
V
q
C Điện dung
Đơn vị: F (Fara)
1F = 1C/1V
Điện dung của quả cầu bán kính R
2.3. ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN CÔ LẬP VỀ ĐIỆN
Một vật dẫn được gọi là cô lập về điện nếu gần nó không có 
vật nào khác gây ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích trên 
bề mặt của nó.
Khả năng tích điện của vật dẫn ở một điện thế nhất định
Tụ điện là một hệ gồm 02 vật dẫn đặt
cách nhau.
2.4.1. Điện dung của tụ điện
U
Q
VV
Q
C
21
2.4.2. Tụ điện phẳng
Hai bản kim loai phẳng
cùng diện tích S
0
S
C
d
  
2.4. TỤ ĐIỆN
2.4. TỤ ĐIỆN
Giải thích nguyên tắc?
2.3. Tụ điện trụ
02 .
ln b
a
h
C
R
R
  
Nếu d= Rb – Ra << Ra, thì
0
S
C
d
  (S = 2 Ra.h)
2.4. TỤ ĐIỆN
(Ra=a, Rb=b, h=ℓ)
Gồm 2 mặt kim
loại đồng trục, mặt
trụ trong bán kính
a, mặt trụ ngoài có
bán kính b và
chiều cao ℓ
04 .
a b
b a
R R
C
R R
   
Nếu d= Rb – Ra << Ra, thì
0
S
C
d
  
(S = 4 Ra
2)
2.4. TỤ ĐIỆN
2.4. Tụ điện cầu
(Ra=ra, Rb=rb)
Gồm 2 quả cầu kim
loại đồng tâm, quả
cầu trong bán kính ra,
quả cầu ngoài rỗng
có bán kính rb)
2.5.1. Năng lượng của vật dẫn
Điện thế V
Q
dq
dq
C
q
VdqdW 
QV
2
1
CV
2
1
C2
Q
dq
C
q
W 2
2Q
0
2.5.2. Năng lượng của tụ điện
QU
2
1
CU
2
1
C2
Q
W 2
2
2.5. NĂNG LƯỢNG CHỨA TRONG TỤ ĐIỆN
2.5.3. Năng lượng của điện trường trong tụ
+Q -Qd
E
2 2
0
1 1
( . )
2 2
S
W CU E d
d
 
2
0
1
( . )
2
W E S d 
Mật độ năng lượng điện trường:
 20e E
2
1
d.S
W
w
2.5. NĂNG LƯỢNG CHỨA TRONG TỤ ĐIỆN
U
E
d
.S d v 
Đối với điện trường không đều:
2
0
( )
1
2
V
W E dV