Chuong 1_Ph1120.Pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT
---------------ooo--------------

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG II
PH1120
PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Hà
Mail:
Hà nội, 2023


VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG II
PH1120
NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Chương 1: Điện trường tĩnh
Chương 2: Vật dẫn
Chương 3: Điện môi
Chương 4: Từ trường
Chương 5: Cảm ứng điện từ

Chương 6: Vật liệu từ
Chương 7: Trường điện từ
Chương 8: Dao động điện từ
Chương 9: Sóng điện từ


PHẦN 2: ĐIỆN HỌC
Chương I: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH
Mở đầu
1.1. Định luật Coulomb
1.2. Điện trường

1.3. Định lý Gauss- Ostrogradski
1.4. Điện thế- Hiệu điện thế
1.5. Hệ thức liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế

3


MỞ ĐẦU
Điện tích điểm
 Vật mang điện tích có kích thước rất nhỏ so với
khoảng cách nghiên cứu nó.
Phân loại

 Điện tích dương:
 Điện tích âm:

+

+

Cùng dấu: đẩy nhau

Khác dấu: hút nhau

4


MỞ ĐẦU
Bảo tồn điện tích
 Điện tích khơng tự sinh ra hay mất đi mà chỉ dịch chuyển

bên trong một vật hoặc từ vật này sang vật khác

Phân loại vật liệu
 Vật liệu dẫn điện: Chứa các hạt điện có thể chuyển động tự
do trong tồn bộ thể tích vật (kim loại)
 Vật liệu cách điện – điện môi: Điện tích định xứ tại những
miền nào đó, khơng thể di chuyển tự do trong vật liệu (cao su,
chất dẻo, gỗ, giấy, khơng khí khơ …)
 Vật liệu bán dẫn: Điện tích cũng định xứ cố định tại những
miền nào đó, nhưng có thể di chuyển tự do trong vật liệu dưới
tác động của nhiệt độ, ánh sáng hoặc điện trường ngoài
5
(silicon, germanium…).


CHƯƠNG I: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH
1.1. Định luật Coulomb
1. Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm
Lực tương tác tĩnh điện giữa 2 điện
tích q1, q2 đặt trong chân khơng có:
+ Phương nằm trên đường thẳng
nối 2 điện tích
+ Chiều phụ thuộc vào dấu 2 điện
tích
+ Độ lớn tỉ lệ thuận tích số q1, q2 và
tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng
cách giữa chúng.


1.1. Định luật Coulomb

1. Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm
Trong chân khơng

F k

q1q2
r2

Tổng qt:

Trong mơi trường điện mơi

(1.1)

r



q1q2 r
F k 2
r  r

Nm 2
k
 9.10
4 0
C2
Với:
1

F k

q1q2

9

2

(1.2)

(1.3)

 0  8,86.10

12

C2
N .m2


CHƯƠNG I: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH
1.2. Điện trường

1.2.1 Khái niệm điện trường
- Là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại xung quanh
mỗi điện tích, đóng vai trị nhân tố trung gian
truyền lực tương tác điện từ điện tích này sang
điện tích khác
F
i

FiFi

- Đặc điểm của điện trường: tác dụng lựcq điện lên
qq
điện tích khi đặt vào trong điện
trường.r
0

0 0

r
dqdq

dq
8


1.2. Điện trường
1.2.2. Vector cường độ điện trường
Đặt điện tích thử q0 trong điện trường tại M

 Lực tác dụng lên q0 là: F


 Xét tỉ số: F

q0
 Cường độ điện trường tại M


F
E 
q0


q0

M
•

(1.4)

*) Định nghĩa: Cường độ điện trường tại một điểm là đại
lượng vật lý đặc trưng cho điện trường về phương diện
tác dụng lực, có độ lớn bằng độ lớn của lực điện trường
tác dụng lên một đơn vị điện tích dương đặt tại điểm đó.
9


1.2.2. Vector cường độ điện trường
Vector cường độ điện trường gây ra bởi điện tích điểm
Xét điện tích q0 đặt tại M trong điện trường của Q
Lực Coulomb


F 


Qq 0 r

1
. 2
4 0 r r



 F
1 Q r
E

q0 4 0 r 2 r

(1.5)

10


1.2.2. Vector cường độ điện trường
Vector cường độ điện trường gây ra bởi điện tích điểm
+ Điểm đặt: Tại M
+ Phương: đường thẳng nối Q với điểm M
+ Chiều: ra xa Q nếu Q >0
hướng vào Q nếu Q <0
+ Độ lớn:

E

• Đơn vị: V/m

1

Q

4 0 r

2

 9.10

Q >0

•

9

Q

 .r 2

r

M

r

M

Q <0

•

11

GV: Nguyễn Thị Thanh Hà- Viện VLKT


1.2. Điện trường
1.2.3. Nguyên lý chồng chất điện trường


F1

q1

*) Lực điện do hệ điện tích q1, q2,….qn
tác dụng lên q0:
n 
  

FF1  F2  ...  Fn   Fi


F2

q0


F3

(1.6)

i 1

*) Lực điện do vật tích điện Q tác
dụng lên điện tích điểm q0:

q3

q2

 Fi

 Chia nhỏ Q thành các điện tích vơ cùng
 Fi
nhỏ dq, coi là điện tích điểm
q0 q0.
 Xác định lực tổng hợp của các dq lên



F   dF
 V

(1.7)

r
dqdq

q0

q0

dq
12



F

1.2. Điện trường
1.2.3. Nguyên lý chồng chất điện trường

 
*) Xét q1, q2 tác dụng lực F1 , F2 lên q0 (đặt tại P):

  
  
F F1 F2
F  F1  F2   
q0

q0


r1

q0


F2


E


E1

P

q0


F1

E2


r2

q2

q1

 Điện trường tổng hợp gây bởi q1 và q2 tại P:

  
E E1  E2 (1.8)

 Điện trường gây bởi n điện tích điểm tại vị trí bất kỳ:
n 

  


E E1  E2  E3  .....  En   Ei (1.9)
i 1

13

GV: Nguyễn Thị Thanh Hà- Viện VLKT


1.2. Điện trường
1.2.3. Nguyên lý chồng chất điện trường
 Điện trường gây bởi n điện tích điểm tại vị trí bất kỳ:
n 
  


E E1  E2  E3  .....  En   Ei

(1.9)

i 1

Phát biểu: Véc tơ cường độ điện trường gây ra bởi một
hệ điện tích điểm tại một điểm bằng tổng các véc tơ
cường độ điện trường gây ra bởi từng điện tích điểm
của hệ tại điểm đó.
14

1.2.3. Nguyên lý chồng chất điện trường
Trường hợp đặc biệt:
Điện trường gây bởi vật mang điện có
điện tích phân bố liên tục:
dEi

* Chia vật thành vô số các phần tử vơ cùng
nhỏ mang điện tích dq  điện tích điểm.
* Điện trường gây bởi dq tại 1 điểm cách dq
đoạn r:

9


9.10 dq r
dE 
 r2 r

(1.10 )

P
r
dq

 EP

Điện trường tổng hợp gây bởi toàn bộ
vật mang điện tại 1 điểm trong không gian
của điện trường:





 9.10
dq r
E   dE 
2


r
r
tồn bơ vât
tồn bơ vât

P
r

9

(1.11)

dq
15


1.2. Điện trường
1.2.3. Nguyên lý chồng chất điện trường
Chú ý:
+ Dây tích điện có độ dài l

Điện tích của vi phân độ dài: dq = dl; q = l
(: mật độ điện dài = điện tích/đơn vị độ dài)
+ Mặt tích điện có diện tích S
Điện tích của vi phân diện tích: dq = dS
(: mật độ điện mặt = điện tích/đơn vị diện tích)
+ Vật tích điện có thể tích V
Điện tích của vi phân thể tích: dq = dV
( : mật độ điện khối = điện tích/đơn vị thể tích)
16


Tính , do vật có kích thước và tích điện đều
gây ra: (mật độ điện dài, mặt, khối)
1. Chia vật thành các đoạn nhỏ để tích điện dq (
coi điện tích điểm)
2. d hoặc d theo yêu cầu đề bài
dE phân tích theo Oxy: d = d x+d y
Tùy theo hình vẽ thì triệt tiêu 1 trong 2 giá trị
theo phương Ox hoặc Oy
3.

(cận chạy: chú ý BT)
17


 Điện trường gây bởi dây dẫn thẳng vô hạn tích điện đều

Dây dài vơ hạn tích điện với mật độ điện tích dài .
 Chia dây thành các phần tử độ dài dx vơ cùng nhỏ, có điện tích:

dQ  dx
 Điện trường tại P gây bởi dQ:

 

dE dE x  dE y

x
dx

dQ
r

x
O

R



P



y
dE

>0

 Điện trường tại P gây bởi Q:

1

dQ
E  E y   dEy   dE. cos  
2
2
4

x

R
0
dây
dây

R
1
2 2

(x2  R )

18




R
E


40 

dx
3
2 2

( x2  R )

 / 2


E
(cos )d

40R  / 2


E
(1.15)
20 R

+ Phương: vng góc với dây dẫn
+ Chiều: ra xa dây nếu  >0
hướng vào dây nếu  <0
+ Độ lớn:


E
2 0 R

>0
H
r

•
M
19


 Điện trường gây bởi vịng dây trịn tích điện đều
dQ = dl
R
Q

O

 Dây trịn:

h

P



dEx



x

dEy

Q>0

bán kính R, mật độ
điện tích dài , điện
tích Q.

r

dE

 Chia dây thành các phần tử độ dài dl vơ cùng nhỏ, có điện tích dQ = dl



 Điện trường tại P gây bởi dQ: dE  dE x  dE y với dEx = dE.cos
dQ
 h
 Điện trường tại P gây bởi Q: E  E x  
cos


2
3
4

r
4


r
0
0
vòng tròn
1

E

1

Qh
1
Qh

40 r 3 40 h 2  R 2 3 / 2

h << R: E 


h>> R: E 

Q
40 R3

2R

 dl

1

1

Q
40 h 2

(1.16)
20

0