Vật lý đại cương 2 - Điện và từ ppt

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2
ĐIỆN & TỪ
ĐIỆN & TỪ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP. HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG I: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH
TRONG CHÂN KHÔNG
I.
I.
ĐIỆN TÍCH
ĐIỆN TÍCH
II.
II.
ĐỊNH LUẬT COULOMB
ĐỊNH LUẬT COULOMB
III.
III.
ĐIỆN TRƯỜNG
ĐIỆN TRƯỜNG
IV.
IV.
ĐIỆN THẾ
ĐIỆN THẾ
V.
V.
LƯỠNG CỰC ĐIỆN
LƯỠNG CỰC ĐIỆN
VI.
VI.

ĐIỆN THÔNG-ĐỊNH LÝ GAUSS
ĐIỆN THÔNG-ĐỊNH LÝ GAUSS
VII.
VII.
ỨNG DỤNG ĐỊNH LÝ GAUSS
ỨNG DỤNG ĐỊNH LÝ GAUSS

I. ĐIỆN TÍCH
•
Có 2 loại:
+ Điện tích âm (-) và điện tích dương (+)
+ Hai điện tích
cùng dấu
thì đẩy nhau,
ngược
dấu
sẽ hút nhau.
+ Gọi q là điện tích của 1 vật nào đó thì ta
nói điện tích của vật q=ne
n: số điện tích có trong vật, e=1,60x10
-19
C

I. ĐIỆN TÍCH
+ Gọi n
1
: số điện tích +
n
2
: số điện tích –

=> q=(n
1
-n
2
)e
+ Nếu n
1
=n
2
=>q=0: Vật trung hòa điện
tích
+ Nếu n
1
≠n
2
=>q≠0: Vật mang điện
Trong một vật nào đó

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB
+Phương: đường nối 2 điện tích
+Chiều: - Lực đẩy: 2 điện tích cùng dấu
- Lực hút: 2 điện tích trái dấu
+Độ lớn:
Hay viết dưới dạng vectơ
Nếu có N điện tích điểm tác dụng lên 1 điện tích thì :
0
2
2
9
2

21
4
1
10.9
)(
πε
=








=
=
C
Nm
k
N
r
qq
kF

r
q
2
q
1

F
21
F
12
q
1
.q
2
>0
q
2
q
1
F
12
F
21
q
1
.q
2
<0
r
r
r
qq
kF


2

21
=
∑
=
=
N
i
i
FF
0


II. ĐỊNH LUẬT COULOMB
+Nếu điện tích phân bố liên tục:
Áp dụng định luật coulomb ta có:
r
r
r
dqq
kFd


2
0
=
dq
r

Fd


q
0
r
C
e
r
dqq
kF


∫
=
)(
2
0

III. ĐIỆN TRƯỜNG
•
Là môi trường đặc trưng cho sự tương tác giữa các
điện tích với nhau.
1. Cường độ điện trường
Xét điện trường gây ra bởi điện tích điểm q, đặt điện tích thử q
t

trong vùng điện trường này
Ta có:
hay:
Đặt thì

E


F
q
t
q
r

r
t
e
r
qq
kF


2
=






=
rt
e
r
q
kqF



2
EqF
t

=






=
m
V
q
F
E
t


r
e
r
q
kE


2
=

Biểu thức điện
trường

III. ĐIỆN TRƯỜNG
Vậy:
Chỉ phụ thuộc:
+ Điện tích q
+ Khỏang cách từ q đến điểm khảo sát
E

r
e
r
q
kE


2
=

III. ĐIỆN TRƯỜNG
2. Tính cường độ điện trường
a. Cho một điện tích điểm

M
q
1
q
2
q

n
1
r

2
r

n
r

∑
=
=
n
i
i
EE
1


III. ĐIỆN TRƯỜNG
b. Cho đường phân bố điện tích liên tục

Mật độ điện dài
λ : lượng điện tích có trên 1 đơn vị chiều dài:
ds
dq
s
q
s

=
∆
∆
=
→∆
lim
0
λ
dq
r

Fd

q
0
λ
(c)
r
e
r
dq
kEd


2
=
r
e
r
ds

k

2
λ
=
r
c
e
r
ds
kE


∫
=
)(
2
λ
Đây là phương trình cơ
bản

III. ĐIỆN TRƯỜNG
c. Cho một mặt phẳng phân bố điện tích đều.

Mật độ mặt σ
: lượng điện tích có trong một đơn vị diện tích
(
)
2
m

C
ds
dq
=
σ
rr
e
r
ds
ke
r
dq
kEd


22
σ
==
( )
∫
=
S
r
e
r
ds
kE


2

σ
σ
ds
dq
M
r

Ed


III. ĐIỆN TRƯỜNG
c. Cho một khối phân bố điện tích.
Mật độ điện khối: là mật độ điện tích có trong một đơn vị thể tích.
(
)
( )
∫
=⇒
=⇒=
V
dvq
dvdq
m
C
dv
dq
ρ
ρρ
3
∫

=⇒
==
R
drrq
drrdvdq
0
2
2
4
4
πρ
πρρ
M
r

Ed

rr
e
r
dv
ke
r
dq
kEd


22
ρ
==

r
v
e
r
dv
kE


∫
=
2
ρ
hay

III. ĐIỆN TRƯỜNG
3. Đường sức của điện trường

Đường sức của điện trường là một đường cong sao cho nó tiếp
xúc với vectơ tại mọi điểm

Tính chất:
–
Mật độ đường sức biểu thị sức mạnh của điện trường. Mật độ dày thì
điện trường sẽ lớn.
- Hai đường sức không bao giờ cắt nhau
–
Đường sức xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm
(hayở vô cùng).
–
Không phải là đường cong khép kín

–
Đường sức của một hệ nếu ở khoảng cách xa thì xem như đường sức
của một điện tích điểm với điện tích của hệ tập trung tại tâm của hệ
điện tích đó.
– Có tính chất đối xứng.
E

E

E


III. ĐIỆN TRƯỜNG
3. Đường sức của điện trường
Đường sức của điện tích
điểm dương
Đường sức của điện tích
điểm âm

III. ĐIỆN TRƯỜNG
3. Đường sức của điện trường
Đường sức của 2 điện tích

IV. ĐIỆN THẾ
1. Công của lực điện trường
Một điện tích Q đặt trong không gian, gây ra xung quanh nó một điện
trường. Xét Một điện tích thử q đặt trong điện trường này
•
Điện tích q sẽ chịu tác dụng của lực điện trường của Q:
•

Khi q di chuyển từ A đến B trong điện trường thì lực điện sẽ thức
hiện một công A.
•
Công của lực điện trường khi q di chuyển từ A đến B là:
Q
EqF

=
A
B
r
A
r
B
ds
r
F
.
B
A
A F ds
=
∫
u uu
.
B
A
A q E ds
=
∫

u uu
=>
( ) ( )
2
. .cos , . .cos ,
B B
A A
Q
A q E ds E dr q k ds E ds
r
= =
∫ ∫
u uu u uu
2
1 1
.
B
A B
A
Q
A q k dr kqQ
r r r
 
= = −
 ÷
 
∫

IV. ĐIỆN THẾ
1. Công của lực điện trường

•
Kết quả này chứng tỏ công của lực điện trường không phụ thuộc
vào hình dạng quĩ đạo đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm
đầu và điểm cuối của đường đi.
•
Nếu đường đi là khép kín thì lực điện trường không sinh công.
r
1
=r
2
=>A=0 hay
Vậy ta có công lực điện khi q di chuyển từ A đến B là:
0 0
4 4
A B
A B
Q Q
A q
r r
πε πε
→
 
= −
 ÷
 
( ) ( )
00
=⇔=
∫∫
cc

sdEQsdF




∫
=⇔
0sdE


Trường thế

IV. ĐIỆN THẾ
2. Thế năng điện
Từ phần công của lực điện trường ta có:
Hai biểu thức này cho ta một cách logic đặt :
•
Gọi là thế năng điện tại điểm A và B trong điện trường do điện tích
điểm Q gây ra.
•
Thông thường ta chọn gốc thế năng ở vô cùng bằng không, hay điện
thế của mặt đất bằng không.
Chú ý:
0 0
4 4
A B
A B
Q Q
A q
r r

πε πε
→
 
= −
 ÷
 
A B A B
A W W W
→
= −∆ = −
0
4
A
A
Q
W hangso
r
πε
= +
0
4
B
B
Q
W hangso
r
πε
= +
0
4

A
A
Q
A q
r
πε
→∞
 
=
 ÷
 

IV. ĐIỆN THẾ
2. Thế năng điện
Nếu có một hệ điện tích điểm thì thế năng điện :
∑
=
i
i
r
q
kQW
M
1
M
2
q
1
q
2

q
n
Q
sd


IV. ĐIỆN THẾ
3. Điện thế
Xét tỉ số:
=> Chỉ phụ thuộc q,r: Gọi là điện thế tại điểm M
Ký hiệu:
Thế năng điện: q: điện tích tại điểm có điện thế V
Xét 2 vị trí có điện thế V
1
& V
2
: Công để điện tích di chuyển từ V
1
->V
2
:

Và :Hiệu điện thế
r
q
q
W
t 0
4
πε

=
M
q
q
t
r

const
r
q
k
q
W
V
t
===
qVW
=
Đơn vị điện thế trong hệ SI: Volt
q
V
1
V
2
( )
21
VVqA
−=
21
VVU

−=

IV. ĐIỆN THẾ
3. Điện thế
a. Nếu có hệ điện tích điểm: q
1
, q
2
, …, q
n
b. Nếu điện tích phân bố liên tục:
Ta có :

∑∑
==
==
n
i
i
i
n
i
i
r
q
kVV
11
dr
dq
kdV

=
( )
∫
=
C
dr
dq
kV