Bài Giảng Thầy Uẩn.pdf

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H néi

CuuDuongThanCong.com

/>

Tμi liƯu tham khấ:
1. Physics Classical and modern
Frederick J.
Keller, W. Edward Gettys,
Malcolm J. Skove
McGraw-Hill, Inc. International Edition 1993.
2. R. P. Feymann
Lectures on introductory Physics
3. I. V. Savelyev
Physics. A general course, Mir Publishers 1981
4. Vật lý đại cơng các nguyên lý v ứng dụng,
tập I, II, III. Do Trần ngọc Hợi chđ biªn
CuuDuongThanCong.com

/>

Các trang Web có liên quan:
/> />Bi giảng có trong trang:

Vo Đo tạo ->Bi giảng VLĐCII
load bi giảng về in thnh ti liệu cầm tay,
khi nghe giảng ghi thêm vo!

CuuDuongThanCong.com

/>

ã Ti liệu học : Vật lý đại cơng: Dùng cho khối
các trờng ĐH kỹ thuật công nghiệp (LT&BT)
Tập II: Điện, Từ, Dao động & sóng.
ắ Cách học: Lên lớp LT; mang theo ti liệu cầm
tay, nghe giảng, ghi thêm vo ti liệu.
ã Về nh: Xem lại bi ghi, hiệu chỉnh lại cùng ti
liệu -> Lm bi tập.
ã Lên lớp BT bắt đầu từ tuần 2: SV lên bảng,
thầy kiểm tra vở lm bi ở nh.
ã Điểm QT hệ số 0,3 gồm điểm kiểm tra giữa kỳ
+ Điểm chuyên cần; NÕu nghØ 2,3 bi trõ 1
®iĨm, nghØ 4,5 bi trõ 2 ®iĨm.
CuuDuongThanCong.com

/>

• ThÝ nghiƯm: §äc tμi liƯu TN tr−íc, kiĨm tra
xong mới đợc vo phòng TN, Sau khi đo đợc
số liệu phải trình thầy v đợc thầy chấp nhận.
ã Đợt 1: từ tuần 3 (22/2/10)
ã Ti liệu: Liên hệ BM VLDC tầng 2 nh D3.
 Hon chỉnh bi ny mới đợc lμm tiÕp bμi sau
Ci cïng ph¶i b¶o vƯ TN
 NÕu SV không qua đợc TN, không đợc dự
thi.

ã Thi: 15 câu trắc nghiệm (máy tính chấm) + 2
câu tự luận, rọc phách (thầy ngẫu nhiên chấm)
Mỗi ngời 1 đề . Điểm thi hs 0,7
ã Điểm quá trình hệ số 0,3.
CuuDuongThanCong.com

/>

Chơng 1
Trờng tĩnh điện

CuuDuongThanCong.com

/>

1. Những khái niệm mở đầu:
ã Hiện tợng nhiễm điện do cọ xát
ã Điện tích nguyên tố: điện tử -e=-1,6.10-19C,
me=9,1.10-31kg; Proton: +e, mp=1,67.10-27kg
ã Mất điện tử nhiễm điện dơng: thuỷ tinh
ã Nhận điện tử nhiễm điện âm: lụa
ã Định luật bảo ton điện tích: Tổng đại số điện
tích của hệ cô lập l không đổi.
ã Phân loại vật: Dẫn điện, điện môi, Bán dẫn ->
các thuyết:
Khí điện tử tự do áp dụng cho kim loại
Lý thuyết vùng năng lợng áp dơng cho TThĨ
CuuDuongThanCong.com

/>

2. Định luật Culông

1 | q1q 2 |
F1 = F2 =
4 0 r 2 r

r
E=

q
r
3. Khái niệm về điện trờng,
2
Véc tơ cờng độ điện trờng
r
4
r

0
n r
r
Nguyên lý chồng chất
E = Ei
điện trờng
i =1
r
r
r
p

=
q
l
ãLỡng cực điện
e r
r
p
r
EN =

2p e
3
4 0 r

EM =

e

4 0 r

3

4.1. Đờng sức điện trờng
Đặc điểm: Đờng sức của trờng tĩnh điện l các
đờng hở
CuuDuongThanCong.com

/>

2. Định luật Culông 2.1. Định luật Culông

chân không
r
r
r q1q2>0 r trong
r
q
q
r
r12
F10
1
2
12
F20 F20 = k
2
r
q1
q2
r

r
F10

r
r21

q1

q2

q1q2<0 r
r r
q1 F10 F

20

q2

2
C
ε 0 = 8,86.10 12
Nm 2

Hằng số điện môi
CuuDuongThanCong.com

r
F20

r
r
q1q 2 r21
F10 = k 2
r
r
q1q 2
F10 = F20 = k 2
r
2
1

9 Nm
k=
= 9.10
2
4πε 0
C

1 | q1q 2 |
F10 = F20 =
4πε 0 r 2
/>

 ĐL Culông: Lực tơng tác giữa hai điện tích
có phơng nằm trên đờng nối hai điện tích, l
lực hút nhau nếu hai điện tích trái dấu v đẩy
nhau nếu cïng dÊu, cã ®é lín tû lƯ víi ®é lín
tÝch giữa hai điện tích đó v tỷ lệ nghịch với bình
phơng khoảng cách giữa hai điện tích đó
2.2. Định luật Cul«ng trong m«i tr−êng
1 | q1q 2 |
F1 = F2 =
4 0 r 2

- Độ điện thẩm hay hằng số điện môi tỷ đối

CuuDuongThanCong.com

/>

 Độ điện thẩm hay hằng số điện môi tỷ đối

của một số chất:
Chân không 1
Không khí
1,0006
Thuỷ tinh
5 ữ 10
H2O
81
Dầu cách điện 1000
 Lực Culông do hệ điện tích điểm q1, q2, ..., qn
tác dụng lên điện tích điểm q0 :
n r
r r r
r
F = F1 + F2 + ... + Fn = ∑ Fi
i =1

CuuDuongThanCong.com

/>

3. Khái niệm về điện trờng, Véc tơ cờng độ
điện trờng
3.1. Khái niệm về điện trờng:
Tơng tác giữa hai điện tích điểm xảy ra nh
thế no?
ã Thuyết tác dụng xa: Tức thời, không thông
qua môi trờng no cả ->Sai
ã Thuyết tác dụng gần: Quanh điện tích có môi
trờng đặc biệt->điện trờng lan truyền với c->

vận tốc tơng tác giới hạn
->điện trờng của điện tích ny tác dụng lực
lên điên tích kia
CuuDuongThanCong.com

/>

r
3.2. Véc tơ cờng độ điện trờng
q0 F
Định nghĩa:Véc tơ cờng độ điện

trờng tại một điểm l đại lợng
có giá trị bằng lực tác dụng của q r Fr
r
E=
điện trờng lên một đơn vị điện r
q0
tích dơng đặt tại điểm đó
V M r
Thứ nguyên: ( )
r
E
r
m
q
r
Véc tơ cờng độ ®iƯn tr−êng
E=
2

r
g©y ra bëi ®iƯn tÝch
®iĨm
4
r
πε
0
r

r
F=

qq 0 r
2
4πε 0 r r
CuuDuongThanCong.com

|q |
E=
2
4πε 0 r

/>

Véc tơ cờng độ điện trờng gây ra bởi hệ
q
r
2
điện tÝch ®iĨm
F2

q
⊕
1
n r
M
r r r
r
qi ⊕
r
⊕
r
F = F1 + F2 + ... + Fn = ∑ Fi
q
Fi 0 F
r
∑ Fi
n

i =1

r
r
n
n r
r
F
F
E=
= i=1 = ∑ i = ∑ E i
q0

q0
i =1 q 0
i =1

1

n r
r
E = ∑ Ei
i =1

...t¹i M bằng tổng các véc tơ cờng độ điện
trờng gây ra bởi các điện tích điểm tại điểm
đó
-> nguyên lý chồng chÊt ®iƯn tr−êng
CuuDuongThanCong.com

/>

Véc tơ cờng độ điện trờng gây ra bởi vật
mang ®iÖn tÝch
dq

r
r
r
dq
r
E=
∫ dE = ∫ 4πε0 εr 2 r

Toμn bé vật
tbv

dqi

r
r

M r

r
drEi
ri
dE
Trong trờng hợp cụ thể phải xác định phơng
v chiều bằng hình vẽ, tích phân chỉ xác định
giá trị của E
Dây:(C/m)
Mặt:(C/m2) Khối:(C/m3)
dq= dl
dq=
dS
dq=
dV
r
r
r

r
E=

r
dS r r
dV r
dl r E
=
E= ∫
2
2
∫ 4πε0 εr 2 r
r
r
πε
ε
πε
ε
4
r
4
r
0
0
tbv
tbv
tbv
CuuDuongThanCong.com

/>

r

r E2
E r
M
E1

3.3. Thí dụ
r
r
ãLỡng cực điện p e = q l
r r
r
E = E1 + E 2

r1 r r 2
r
l

E=2E1cosα

q
l
ql
E=2
=
2
3
2
r
4 πε 0 εr1 1 4 πε 0 εr1

-q

r
EN =

2

l
r >> l ⇒ r1 = r +
≈r
4
2

pe
E=
3
4πε 0 εr

r
EM

α

r
⊕q • N
r

2p e
3
4πε 0 εr

p e = ql

r
pe
=−
3
4πε 0 εr

E ~ mômen lỡng cực điện pe
CuuDuongThanCong.com

/>

ãTác dụng điện trờng đều lên lỡng cực điện
+q r
r r
r
F r r r r
θ
r μ = l × F = l × qE 0 = q l × E 0
E0
l
r
r
r r
F' -q
= pe ì E0
=qlE0sin
ãVéc tơ cờng độ điện trờng gây ra bởi dây dẫn

vô hạn tích điện ®Òu

λdx
E = ∫ dE n = ∫
cos α
2
2
4πε 0 ε( x + r )
+ dq=λdx
tbd
tbd
+ x α M r cos 2 α = r 2 /( x 2 + r 2 ) dx = rdα
dE n
2
cos α
+ r r r
π/2
dE // dE
λ
|λ |
+
E=

CuuDuongThanCong.com

∫ cos αdα

4πε 0 εr −π / 2

E=

2πε 0 εr

/>

ã Véc tơ cờng độ điện trờng gây ra bởi đĩa
d
tròn phẳng tích điện đều
r

r
d
E
2 r
M
R
E h
dE
dx
x
r
x r
dE dE=2dE cosα
1
1
h
cos α =

( h 2 + x 2 )1 / 2
dq=σdS=σxdxdϕ

σh
xdxdϕ
E = ∫ dE = ∫
2
2 3 / 2 ®Üa phẳng vô hạn
2


(
h
+
x
)
0
tbd
tbd


h
xdx
d
E=

2
2 3/ 2
2 0 0 ( h + x ) 0
1
σ
E=
(1 −

)
2
2 1/ 2
2ε 0 ε
(1 + R / h )
R

CuuDuongThanCong.com

R→∞
σ
E=
2ε 0 ε
/>

4. Điện thông
4.1. Đờng sức điện trờng l đờng cong m
tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với
phơng của véc tơ cờng độ điện trờng tại
điểm đó chiều của ®−êng søc ®iƯn tr−êng lμ
chiỊu cđa vÐc t¬ c−êng ®é ®iƯn tr−êng
r
E3

r
E1

CuuDuongThanCong.com

TËp hỵp ®−êng søc cđa

r
E 2 ®iƯn tr−êng = ®iƯn phỉ

r
E4

/>







Đặc điểm: Đờng sức của trờng tĩnh điện l các
đờng hë
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2. Sự gián đoạn đờng sức
của điện trờng
Nếu 21 = 2 gián đoạn tại
biên giới hai môi trờng
=>Véc tơ cảm ứng điện
r
r
D = 0 E

D = 0 E

Điện tích điểm

r
r
q r
D=
2
4 r r
CuuDuongThanCong.com

1
2



Thứ nguyên
C/m2

|q |
D=
2
4 r
/>

dS

4.3. Thông lợng cảm ứng điện
/điện thông
l đại lợng có ®é lín b»ng sè

®−êng søc vÏ vu«ng gãc qua
diƯn tÝch

r
D

α

r
n dSn
r
r
dS = dS.n

r r
dΦ e = DdS = DdS cos α = D n dS = DdS n

qua diÖn tÝch S
r r
Φ e = ∫ dΦ e = ∫ DdS
S

S

CuuDuongThanCong.com

r
n

r

n

mỈt kÝn
r
n
/>

5. Định lý ôxtrôgratxki-Gauox (Ô-G)
5.1. Góc khối: góc nhìn một diện tích từ một
r
điểm
r
dS = dS.n
dS
r
O
r

dS
cos
r
d =
d
2
n
r
dScos=dSn
Góc nhìn mặt cầu (ph¸p tuyÕn ra):
r
n

r
n

n'
r
Or r
' nn '

dSn
dS cos α
Ω=∫
= ∫ 2 = 4
2
r
r
S
S

Góc nhìn mặt cầu
r (pháp tuyến vo):
n
CuuDuongThanCong.com

=-4
/>

5.2. Điện thông xuất phát từ điện tích điểm q
r r
Điện thông qua dS d e = DdS = DdS cos α

|q |
D=
2
4 πr

q
q
dS cos α =
dΩ
dΦ e =
2
4π
4 πr
r
§iƯn tích điểm q trong mặt kín S
dS
q
r
e = d e =
d

=
q
n

4

S
S

q

Điện tích điểm q ngoi mặt kín S
q
e =
( ∫ dΩ + ∫ dΩ )
4π S
S2
1
q
=
( ΔΣ − ΔΣ ) = 0
4π
CuuDuongThanCong.com

r
n

S2
q
ΔΣ
/>
r
n

S1


5.3.Định lý ôxtrôgratxki-Gauox (Ô-G)

Điện thông qua mặt kín bất kỳ bằng tổng đại số
các điện tích chứa trong mặt kín ấy:
r r
qi Tổng đại số (dấu
e = DdS = q i
của
điện
tích)
i
S
5.4. Dạng vi phân định lý ôxtrôgratxki-Gauox
r r
r
r ∂D x ∂D y ∂D z
∫∫ DdS = ∫∫∫ divDdV divD = ∂x + ∂y + ∂z
S
V

∑ q i = dV
i

V

r
= divD

Phơng trình Poisson (Poát Xông)
CuuDuongThanCong.com

/>