Kiến thức chung Chương 1: Điện tích - Điện trường (Vật lý 11)

PHẦN 1: ĐIỆN HỌC. ĐIỆN TỪ HỌC CHƯƠNG 1: ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG § 1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 1. Hai loại điện tích. Sự nhiễm điện của các vật a. Hai loại điện tích - Có 2 loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm, các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau. - Đơn vị điện tích là C. - Electron mang điện tích âm, có độ lớn e = 1.6.10-19C. Độ lớn điện tích của một hạt bao giờ cũng bằng số nguyên lần e. b. Sự nhiễm điện của các vật Nhiễm điện do cọ xát Nhiễm điện do tiếp xúc Nhiễm điện do hưởng ứng 2. Định luật Culông Điện tích điểm: là các vật nhiễm điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. • Phát biểu định luật Culông: - Độ lớn của lực tương tác giữa 2 điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích các độ lớn của 2 điện tích đó và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. - Phương của lực tương tác giữa 2 điện tích điểm là đường thẳng nối 2 điện tích điểm đó. Hai điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. F: lực điện (N) k = 9.109(Nm2/C2) : hệ số tỉ lệ q1,q2: điện tích (C) r: khoảng cách giữa 2 điện tích (m) ► Trong môi trường điện môi: ε: hằng số điện môi § 2. THUYẾT ELECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH 1. Thuyết electron • Bình thường tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng 0, các nguyên tử trung hoà về điện. - Nguyên tử bị mất đi một số e thì trở thành ion (+) - Nguyên tử nhận thêm một số e thì trở thành ion (-) • Khối lượng e nhỏ nên độ linh động của e rất lớn. - Do một số điều kiện, các e có thể bứt ra khỏi nguyên tử, di chuyển bên trong vật hay từ vật này sang vật khác làm cho vật nhiễm điện. - Vật nhiễm điện (-) là vật thừa e - Vật nhiễm điện (+) là vật thiếu e 2. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện Điện tích tự do: là những hạt mang điện có thể di chuyển được trong những khoảng lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử của vật. Vật (chất) dẫn điện hay vật dẫn: là những vật (chất) chứa nhiều điện tích tự do. VD: các kim loại, muối, axit, bazơ. Vật (chất) cách điện hay điện môi: là những vật (chất) chứa rất ít điện tích tự do. VD: thuỷ tinh, nước nguyên chất, không khí khô, cao su . . . 3. Giải thích 3 hiện tượng nhiễm điện a. Nhiễm điện do cọ xát Khi thanh thuỷ tinh cọ xát vào lụa thì có nhiều những điểm tiếp xúc chặt chẽ khiến cho có nhiều e chuyển từ thuỷ tinh sang lụa à thanh thuỷ tinh nhiễm điện (+), mảnh lụa nhiễm điện (-). + + + + + + + - - - - - - - - b. Nhiễm điện do tiếp xúc Cho thanh kim loại trung hoà về điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện dương thì e sẽ chuyển từ thanh kim loại sang quả cầu à thanh kim loại và quả cầu đều nhiễm điện dương. Cho thanh kim loại trung hoà về điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện âm thì e sẽ chuyển từ quả cầu sang thanh kim loại à thanh kim loại và quả cầu đều nhiễm điện âm. c. Nhiễm điện do hưởng ứng - + + - Thanh KL trung hoà về điện mag đặt gần quả cầu nhiêm điện dương e bị hút về đầu thanh KL ở gần quả cầu à đầu thanh KL gần quả cầu thừa e nên nhiễm điện (-),đầu còn lại thiếu e nên nhiễm điện (+) Thanh kim loại trung hoà về điện mà đặt gần quả cầu nhiễm điện âm thì e ở đầu thanh KL gần quả cầu bị đẩy ra xa à đầu thanh KL gần quả cầu thiếu e nên nhiễm điện (+),đầu còn lại thừa e nên nhiễm điện (-) 4. Định luật bảo toàn điện tích: Ở một hệ cô lập về điện, nghĩa là hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác, thì tổng đại số các điện tích trong hệ là một hằng số. § 3. ĐIỆN TRƯỜNG 1. Điện trường a. Khái niệm điện trường: Xung quanh điện tích có điện trường. Các điện tích tương tác được với nhau vì điện trường của điện tích này tác dụng lên điện tích kia. b. Tính chất cơ bản của điện trường: điện trường tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó. 2. Cường độ điện trường: Thương số đặt trưng cho điện trường ở điểm đang xét về mặt tác dụng lực gọi là cường độ điện trường . E: cường độ điện trường tại điểm đang xét (V/m) F: lực tác dụng lên điện tích đặt trong điện trường (N) q: điện tích đặt trong điện trường (C) Ta được: = q q > 0: q < 0: 3. Đường sức điện a. Định nghĩa: đường sức điện là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. b. Các tính chất của đường sức điện - Tại mỗi điểm trong điện trường, ta có thể vẽ được một đường sức điện đi qua và chỉ một mà thôi. - Các đường sức điện là các đường cong không kín. Nó xuất phát từ các điện tích dương và tận cùng ở các điện tích âm. - Các đường sức điện không cắt nhau. - Nơi nào cường độ điện trường lớn hơn thì các đường sức điện ở đó được vẽ dày (mau) hơn, nơi nào cường độ điện trường nhỏ hơn thì các đường sức điện ở đó được vẽ thưa hơn. c. Điện phổ: cho phép ta hình dung được dạng và phân bố các đường sức điện. 4. Điện trường đều Một điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là điện trường đều. Các đường sức của điện trường đều là các đường thẳng song song và cách đều nhau. Q+ q+ 5. Điện trường của một điện tích điểm A Q>0 A (E không phụ thuộc vào q) B Q > 0: hướng ra xa Q B Q < 0: hướng vào Q Q<0 6. Nguyên lý chồng chất điện trường = 1 + 2 + . . . . § 4. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. HIỆU ĐIỆN THẾ 1. Công của lực điện d Công của lực điện được xác định: A = Fd = qEd Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. Điện trường tĩnh là một điện trường thế. 2. Khái niệm hiệu điện thế a. Công của lực điện và hiệu thế năng của điện tích Công của lực điện khi điện tích q di chuyển từ điểm M à N bằng hiệu của các thế năng của điện tích q tại 2 điểm đó: AMN = WM - WN b. Hiệu điện thế, điện thế Hiệu thế năng của điện tích q giữa 2 điểm trong điện trường tỉ lệ với điện tích q, ta có: AMN = q (VM – VN) (V là điện thế, đơn vị là Vôn) Đặt: UMN = VM – VN = UMN: hiệu điện thế hay điện áp giữa 2 điểm MN (V) AMN: công của lực điện khi điện tích đi từ M à N (J) q: điện tích di chuyển (C) • Định nghĩa hiệu điện thế: Hiệu điện thế giữa 2 điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường khi có một điện tích di chuyển giữa 2 điểm đó. ► Ta thường chọn điện thế ở mặt đất hoặc điện thế ở xa vô cực làm mốc. ► Điện thế của điện trường phụ thuộc vào cách chọn mốc điện thế. ► Để xác định điện thế tại một điểm nào đó, ta xác định hiệu điện thế giữa điểm đó và điểm mà ta chọn làm mốc điện thế. ► Đo hiệu điện thế bằng tĩnh điện kế. 3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế Ta có công của lực điện trường: A = qEd Mà A = qU Suy ra U = Ed Hay § 6. VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 1. Vật dẫn trong điện trường a. Trạng thái cân bằng điện E=0 Khi vật được tích điện thì có sự di chuyển của các điện tích tự do tạo thành dòng điện, Nhưng dòng điện này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn. Khi không còn dòng điện đó nữa, ta nói vật dẫn cân bằng tĩnh điện hay cân bằng điện. b. Điện trường trong vật dẫn tích điện - Điện trường bên trong vật dẫn bằng 0 - Điện trường bên trong vật dẫn rỗng cũng bằng 0, người ta dùng làm màn chắn điện. - Cường độ điện trường tại một điểm bên ngoài vật dẫn vuông góc với mặt vật. c. Điện thế của vật dẫn tích điện - Điện thế tại mọi điểm trên mặt ngoài vật dẫn có giá trị như nhau. - Điện thế tại mọi điểm bên trong vật dẫn bằng nhau và bằng điện thế trên mặt ngoài vật dẫn. à Vật dẫn là vật đẳng thế d. Sự phân bố điện tích ở vật dẫn tích điện - Ở một vật dẫn rỗng tích điện hay vật dẫn đặc thì điện tích cũng chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật. - Ở những chỗ lồi của mặt vật dẫn, điện tích tập trung nhiều hơn. - Ở những chỗ mũi nhọn điện tích tập trung nhiều nhất - Ở những chỗ lõm hầu như không có điện tích. 2. Điện môi trong điện trường Khi dặt điện môi trong điện trường thì các e của điện môi bị xê dịch ngược chiều điện trường còn các hạt nhân thì hầu như không xê dịch à kết quả là điện môi bị phân cực. § 7. TỤ ĐIỆN 1. Tụ điện a. Định nghĩa: tụ điện là một hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau. Mỗi vật dẫn đó gọi là một bản của tụ điện. Khoảng không gian giữa 2 bản có thể là chân không hay bị chiếm bởi một chất điện môi nào đó. - Tích điện cho tụ điện: Nối 2 bản cực của tụ điện với nguồn điện thì 2 bản sẽ tích điện trái dấu nhau. - Phóng điện: Nối 2 bản của tụ đã tích điện với 1 điện trở thì có dòng điện chạy qua điện trở, điện tích của các bản tụ giảm dần. b. Tụ điện phẳng: Hai bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện nhau và song song nhau. - Điện tích của 2 bản tụ có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. - Độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ điện khi tích điện gọi là điện tích của tụ điện. 2. Điện dung của tụ điện Khi nối 2 bản tụ với nguồn điện có hiệu điện thế U thì tụ điện có điện tích Q Ta có: C: điện dung của tụ điện (F) Q: điện tích của tụ điện (C) U: hiệu điện thế giữa 2 bản tụ điện (V) S d ε • Định nghĩa tụ điện: Thương số đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được gọi là điện dung của tụ điện. ► Điện dung của tụ điện phẳng: ε: hằng số điện môi S: diện tích đối diện của 2 bản (m2) d: khoảng cách giữa 2 bản tụ (m) ► Mỗi tụ điện đều có một hđt giới hạn, vượt quá hđt này thì tụ điện bị đánh thủng. 3. Ghép tụ điện: Ghép song song Ghép nối tiếp C = C1 + C2 + . . . + Cn Q = Q1 + Q2 + . . . + Qn U = U1 = U2 = . . . = Un Q = Q1 = Q2 = . . . = Qn U = U1 + U2 + . . . + Un § 8. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 1. Năng lượng của tụ điện Công của nguồn điện để đưa điện tích về các bản của tụ điện A = Q chính là năng lượng W của tụ điện, ta được: W: năng lượng của tụ điện (J) 2. Năng lượng điện trường Khi tụ điện tích điện thì bên trong tụ điện có điện trường. Do đó, năng lượng của tụ điện chính là năng lượng điện trường của tụ điện. Từ W = CU2 Mà Suy ra với V = Sd : thể tích khoảng không gian giữa 2 bản tụ (m3) ► Mật độ năng lượng điện trường được xác định bằng năng lượng điện trường trong một đơn vị thể tích w = CÔNG THỨC CHƯƠNG 1 + Ñònh luaät Culông: (k = 9.109Nm2/C2: heä soá tæ leä) Nếu thì F = F1 + F2 Nếu thì Nếu ┴ thì F2 = F12 + F22 Nếu (,) = α thì F2 = F12 + F22 – 2F1F2 cos(180-α ) + Cöôøng ñoä ñieän tröôøng: + Nguyeân lyù choàng chaát ñieän tröôøng: Nếu thì E = E1 + E2 Nếu thì Nếu ┴ thì E2 = E12 + E22 Nếu (,) = α thì E2 = E12 + E22 – 2E1E2 cos(180-α ) + Coâng cuûa löïc ñieän: A = qU = qEd + Coâng thöùc lieân heä giöõa U, E: E = + Ñieän dung cuûa tuï ñieän: C= hay Q=CU Ghép song song Ghép nối tiếp C = C1 + C2 + . . . + Cn Q = Q1 + Q2 + . . . + Qn U = U1 = U2 = . . . = Un Q = Q1 = Q2 = . . . = Qn U = U1 + U2 + . . . + Un + Điện dung của tụ điện phẳng: + Naêng löôïng tụ điện: W =QU =CU2 = + Năng lượng điện trường: + Mật độ năng lượng điện trường: w =