ĐIỆN HỌC 11

CHƯƠNG 1: TĨNH ĐIỆN HỌC

§1. Điện tích.

1. Khái niệm về điện tích:

- Thuyết điện tử:

Nguyên tử vật chất:

* Hạt nhân mang điện tích dương tổng giá trị + q

* Các electron mang điện tích ẩm tổng giá trị - q

* Nguyên tử trung hòa về điện.

Electron (hay điện tử):

* Điện tích e = - 1,6 . $10^{-19}$C

* Khối lượng m = 9,1.$10^{-31}$kg

* Điện tích nguyên tố = 1,6.$10^{-19}$C = e

Vật mang điện:

* Mang điện tích dương q = ne khi bị mất n êlectron

* Mang điện tích âm

- q = - ne khi nhận thêm n êlectron

- Định luật bảo toàn điện tích:

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích luôn là một hằng số.

2. Định luật Culông: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm.

- Trong chân không:

F = k.$\large \frac{\mid q_{1}q_{2}\mid }{r^{2}}$

- Trong chất điện môi:

F = k.$\large \frac{\mid q_{1}q_{2}\mid }{\varepsilon r^{2}}$

Với $\varepsilon$: hằng số điện môi

- k = 9.$10^{9}$.$\large \frac{N.m^{2}}{C^{2}}$

§2. Điện trường.

1. Cường độ điện trường:

Q: Điện tích gây ra hiện trường.

q: Điện tích chịu tác dụng của điện trường (điện tích thử).

E = $\large \frac{F}{q}$ hay $\vec{F}=q\vec{E}$

- Đơn vị của E là

- Chiều của $\vec{E}$

- Chiều giữa $\vec{E}$ và $\vec{F}$

- Với điện tích điểm:

* Trong chân không: E = $\large \frac{F}{q}$ = 9.$10^{9}$.$\large \frac{\mid Q\mid }{r^{2}}$

* Trong chất điện môi: E = 9.$10^{9}$.$\large \frac{\mid Q\mid }{\varepsilon r^{2}}$

- Tổng hợp điện trường:

$\vec{E}=\vec{E}_{1}+\vec{E}_{2}+...+\vec{E}_{n}$

Hay:

2. Đường sức của điện trường:

- Định nghĩa: Đường cong vạch ra trong điện trường, có phương tiếp tuyến với vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ tại mọi điểm, có chiều của điện trường, độ mau, thưa tùy theo cường độ điện trường lớn, nhỏ.

- Tính chất:

* Các đường sức không cắt nhau.

* Đường sức của điện trường không khép kín.

- Điện trường đều: Là điện trường có vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ = const tại mọi điểm.

Đường sức của điện trường đều phải là những đường thẳng song song và cách nhau đều.

§3. Điện thế.

1. Công của lực điện trường:

$A_{MaN}=A_{MbN}=A_{McN}$ (= qE. MN với điện trường đều).

2. Điện thế và hiệu điện thế:

$V_{M}-V_{N}$ = $\large \frac{A_{M\infty }}{q}-\frac{A_{N\infty }}{q}=\frac{A_{MN}}{q}$ hay U = $\large \frac{A}{q}$

Nhận xét:

* Trong điện trường, điện tích dương dịch chuyển theo chiều điện thế giảm, điện tích âm thì ngược lại.

* Đơn vị của điện thế và hiệu điện thế là Vôn (V).

1V = $\large \frac{1J}{1C}$

3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế:

$\large E=\frac{U}{d}$

Với U = $V_{M}-V_{N}$

d = MN dọc theo phương chiều của điện trường đều $\vec{E}$.

Nhận xét:

* Vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ hướng theo chiều điện thế giảm.

* Đơn vị của cường độ điện trường phải là V/m.

* Độ lệch quỹ đạo của êlectrôn ($e^{-}$) trong điện trường đều:

$\large h=\frac{eE}{2m}t^{2}$

§4. Vật dẫn và điện môi.

1. Vật dẫn cân bằng điện:

- Cường độ điện trường bên trong một vật dẫn mang điện ở trạng thái cân bằng điện phải luôn luôn bằng không.

- Trên mặt vật dẫn, vectơ cường độ điện trường phải vuông góc với mặt này.

- Toàn bộ vật dẫn cân bằng điện ở cùng một giá trị điện thế: vật đẳng thế.

- Điện tích chỉ phân bố trên mặt ngoài của vật dẫn cân bằng điện và phân bố không đều, tập trung nhiều ở chỗ lồi, nhọn.

2. Điện môi trong điện trường:

Điện trường tổng hợp trong chất điện môi:

$\vec{E}=\vec{E}_{0}+\vec{E}'$

E = $E_{0}$ - E' < $E_{0}$.

Hay E = $\large \frac{E_{0}}{\varepsilon }$ (với hằng số điện môi $\varepsilon$ > 1)

3. Tụ điện:

Q = Điện tích của tụ điện.

U = $V_{1}$ - $V_{2}$ = hiệu điện thế của tụ điện

Điện dung của tụ điện:

$\large C_{F}=\frac{Q_{C}}{U_{V}}$

* Đơn vị đo điện dung là Fara (F).

1F = 1C/ 1V

1 microfara = 1$\mu$F = $10^{-6}$F;

1 picôfara = 1pF = $10^{-12}$F

* Điện dung của tụ điện phẳng (hình vẽ).

$C_{F}$ = $\large \frac{\varepsilon S_{m^{2}}}{9.10^{9}.4\pi d_{m}}$

4. Ghép tụ điện:

- Ghép song song:

* U chung

* Q = $Q_{1}$ + $Q_{2}$ + ... + $Q_{n}$

* C = $C_{1}$ + $C_{2}$ +...+ $C_{n}$

- Ghép nối tiếp:

* Q chung

* U = $U_{1}$ + $U_{2}$ + ... + $U_{n}$

* $\large \frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+...+\frac{1}{C_{n}}$

§5. Năng lượng điện trường.

1. Năng lượng của tụ điện đã tích điện:

W = $\large \frac{1}{2}$QU = $\large \frac{1}{2}$$CU^{2}$ = $\large \frac{1}{2}\frac{Q^{2}}{C}$

- Với tụ điện phẳng:

W = $\large \frac{\varepsilon E^{2}}{9.10^{9}.8\pi }V$

V: Thể tích không gian giữa hai bản hay không gian có điện trường.

2. Kết luận:

Năng lượng điện trường tỉ lệ với thể tích của không gian có điện trường. Nói cách khác, năng lượng điện trường định xứ trong không gian có điện trường.