Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 6: Điện trường tĩnh

Đại học Sư phạm Đà Nẵng

BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 1

TS. PHÙNG VIỆT HẢI

Chương 6

ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH

NỘI DUNG

^1. Tương tác điện – Định luật bảo toàn đt

^2. Điện trường

^3. Định lí O - G

^4. Công của lực điện trường – điện thế, hđt

^5. Năng lượng điện trường

2

6.1.TƯƠNGTÁC ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BTĐT

6.1.1. Ba cách nhiễm điện cho vật

6.1.2. Điện tích, định luật bảo toàn điện tích

• Có hai loại điện tích: dương (+) và âm (-).

• Điện tích có giá trị nhỏ nhất gọi là điện tích nguyên tố:

e  1,6.10^19C

• Điện tích của một vật nhiễm điện luôn bằng bội số nguyên

lần của điện tích nguyên tố: Q = ne

• Giá trị tuyệt đối của điện tích được gọi là điện lượng.

• Điện tích của một chất điểm gọi là điện tích điểm.

• Hệ cô lập thì điện tích của hệ được bảo toàn.

• Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút

3

nhau

.

^{6.1.3. Định l}^{uật Coulomb}

q₁

+

q₂

-

r₁₂





r₁₂

F₁₂



F₁₂

q₂

+

q₁

+

 Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên

trong chân không:



k = 9.10⁹(Nm²/C²)



q₁q₂r₁₂

(6.1)

F₁₂ k .

r²r

r: k/c giữa 2 đtích

4



r₁₂

q₂

+

q₁

+



F₁₂

 Trong môi trường bất kì đẳng hướng, lực tương

tác (lực điện do q₁tác dụng lên q₂) giảm đi  lần:



q₁q₂r₁₂

F  k

(6.2)

12

r²r

gọi là hằng số điện môi của môi trường



 Lực tĩnh điện tác dụng lên điện tích q₀do hệ điện tích điểm

q₁, q₂, q_ngây ra

n

   



F  F  F ...  F  F

(6.3)

1

2

n

i



i1

5

Hệ số điện môi của một số chất:

Chất điện

môi



Chất điện

môi



Chân không

1

Parafin 2,2 – 2,3

Không khí 1,0006 Cao su mềm 2,6 – 3

Dầu hỏa

2,1

3,5

Mica

4 – 5,5

Nhựa thông

Thủy tinh 4 – 10

Ebônit

2,7 – 3

Sứ

6,3 – 7,5

ỨNG DỤNG LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

1. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (trong ống khói các nhà máy)

Khói tỏa ra từ một nhà máy xi măng

Nhà máy xi măng Hải Phòng (2008)

Làm thế nào để hạn chế được lượng khói bụi trên, góp phần

hạn chế ô nhiễm môi trường?

* Giải pháp:

* Hoạt động:

Các hạt khói bụi bay từ dưới lên qua các thanh hoặc bản kim loại

sẽ bị tích điện ÂM, chúng bị hút dính vào các tấm kim loại trụ và bị

trung hòa điện. Bộ phân cơ học lắc nhẹ các tấm này làm các hạt

khói bụi rơi xuống và đưa ra ngoài. Hiệu điện thế đặt vào cỡ vài

chục nghìn V.

Hình ảnh ống khói khi có thiết bị

lọc bụi.

Ống khói khi chưa có thiết bị

lọc bụi

2. Máy lọc bụi

Là một trong những ứng dụng của

lực tương tác giữa các điện tích.

* Sơ đồ nguyên lí hoạt động :

Với cách lọc này có thể lọc tới 95%

bụi trong không khí.

6.2. ĐIỆNTRƯỜNG

6.2.1. Khái niệm về điện trường

^Điện trường là môi trường vật chất bao

quanh các điện tích, tác dụng lực lên điện tích

khác đặt trong nó.



Q

q

+

F

+



q

F

-

11

6.2.2. Vectơ cường độ điện trường tại 1 điểm



E_M



E



E 



(6.4)

F

q

F  q E

M



q > 0:

q < 0:

F  E



F  E



ĐT tĩnh:

E



không thay đổi theo t/g.

ĐT đều: không thay đổi theo k/g.

E

Đơn vị đo cường độ điện trường: (V/m)

12

a. Vectơ CĐĐT do một điện tích điểm gây ra

(6.5)



Q r 1 Q r

* Phöông:

* Chieàu:

E  k .  . .

r²r 4₀r²r



E

| Q |

r²

E  k

1

* Ñoä lôùn:

₀

 8,85.10^12F/ m

4.9.10⁹

* Ñieåm ñaët:



M

E

M



r



+

E

-

13

b.Vectơ CĐĐT do hệ điện tích điểm gây ra

n



(Nguyên lí chồng chất điện trường)

E  E_i





(6.6)

i1

E₁



M

E



E₂

+

-

q₁

q₂

14

c. Vectơ CĐĐT do một vật tích điện gây ra



dq

d E  k . r

r³

E  d E



vät mang ñieän

(6.7)

dq  dV  dS  d



: mđđt khối

d E



: mđđt mặt

dq

: mđđt dài

r

M

15

6.2.3. Ví dụ tính CĐĐT

Ví dụ 1:

 Hai điện tích điểm cùng dấu q₁= q₂= q,

đặt tại A và B cách nhau một khoảng 2a.

Xét điểm M trên trung trực của hai điểm

AB, cách đường thẳng AB một khoảng x.

Xác định vectơ cường độ điện trường tại

điểm M. Tìm x để E_Mđạt cực đại.

16



E  E₁ E ₂

Cđđt tại M:

q

E₁ E₂ k  k

Dễ thấy:

r²

a² x²



Nên: hướng vuông góc với AB và

E



E

có độ lớn:



E₁



E₂

2kqx

E  2E₁cos 

(a² x²)^3/2



M

a

r

x 

x = 0

x

2

A

+

q₁

B

a

+

4kq

3 3a²

H

E_max

q₂

E  0

17

Ví dụ 2 – bài 8-tr.27

 Xác định vectơ cường độ điện trường do

vòng dây dẫn tròn bán kính R, tích điện đều

với mật độ điện dài  gây ra tại điểm M trên

trục vòng dây, cách tâm vòng dây một khoảng

x. Xác định x để E_M= 0; E_Mcực đại.

18



 d E_n

E  d E  d E_n d E_t

Cđđt tại M:



 

v/d



Vì

d E_n

luôn hướng vuông góc với mặt phẳng vòng dây,



hướng vuông góc với mặt phẳng vòng dây, ra xa

vòng dây – nếu vòng dây tích điện dương.

nên

E

kdq

E  dE  dE.cos 

.cos

Độ lớn:

n

r²

  

v/d



dE_n



d E

k.cos

kqx

E 

dq 

r²

(R² x²)^3/2





v/d

M

dE_t

R

x 

x = 0



r

2

x

2kq

3 3.R²

R

E_O 0

E_max

d



O

19

Ví dụ 3: Bài 9 – trang 28

 Xác định vectơ cường độ điện trường do

đĩa tròn bán kính R, tích điện đều với mật

độ điện mặt  gây ra tại điểm M trên trục

đĩa, cách tâm đĩa một khoảng h.



d E

M

dr

h

r

O

20

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 6: Điện trường tĩnh - Phùng Việt Hải