Bài giảng Trường điện từ - Bài 5: Trường điện tĩnh (2) - Trần Quang Việt

1 Tran Quang Viet – FEEE – HCMUT Electromagnetics Field Trường điện tĩnh (2) Lecture 5 EE 2003: Trường điện từ  Tran Quang Viet – FEEE – HCMUT Electromagnetics Field  Vật dẫn cô lập trong trường điện tĩnh EE 2003: Trường điện từ Điện môi trong trường điện tĩnh  Phương pháp ảnh điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2 Tran Quang Viet – FEEE – HCMUT Electromagnetics Field Vật dẫn cô lập trong trường điện tĩnh EE 2003: Trường điện từ EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Điện tích cảm ứng trên vật dẫn Điện tích cảm ứng 0V V t         t ε 0e     V Thời hằng =/ ~ ns  xác lập rất nhanh (tức thì) Vật dẫn mang cô lập đặt trong trường điện tĩnh nhanh chóng xuất hiện điện tích tự do trên bề mặt  Điện tích cảm ứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Tính chất của vật dẫn trong trường điện tĩnh  Tính chất 1: Trường điện trong vật dẫn bằng 0  Tính chất 2: Điện tích khối trong vật dẫn bằng 0  Tính chất 3: Vật dẫn là đẳng thế  Tính chất 4: Trường điện bên ngoài phải vuông góc với vd EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Tính chất của vật dẫn trong trường điện tĩnh Nhận xét: Điện tích cảm ứng tạo ra trường điện làm thay đổi trường điện ban đầu bên trong & xung quanh vật dẫn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Màn chắn điện Màn điện 0ngE   Trường hợp 1: Có điện tích (nguồn) bên ngoài vật dẫn, bên trong hốc rỗng không có điện tích Hốc rỗng ??trE  Kết luận: vật dẫn đóng vai trò là màn chắn trường bên ngoài vào bên trong hốc rỗng 0trE   EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Màn chắn điện ??ngE  Trường hợp 2: Không có điện tích (nguồn) bên ngoài vật dẫn, bên trong hốc rỗng có điện tích Hốc rỗng 0trE   Kết luận: vật dẫn không chắn được trường bên trong hốc rỗng ra bên ngoài 0ngE   CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Màn chắn điện ??ngE  Trường hợp 3: Không có điện tích (nguồn) bên ngoài vật dẫn, bên trong hốc rỗng có điện tích, vật dẫn nối đất Hốc rỗng 0trE   Kết luận: vật dẫn đóng vai trò chắn trường bên trong hốc rỗng ra bên ngoài 0ngE   EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Màn chắn điện tĩnh Thực tế: Màn chắn điện là lưới kim loại nối đất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Màn chắn điện tĩnh  Tran Quang Viet – FEEE – HCMUT Electromagnetics Field Điện môi trong trường điện tĩnh EE 2003: Trường điện từ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Điện tích phân cực EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Điện tích phân cực Điện tích phân cực khối: 00D E   0 eD E P     00V divD divE     0 eV divD divE divP       0 eV divP divE     0V E   eV divP E     PV divP    Chân không Điện môi 3(C/ m ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 8EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Điện tích phân cực Điện tích phân cực mặt: PV divP    1 2( )nPS a P P       (--Tương tự mô hình điện tích tự do--) V divD   1 2( )nS a D D      Kết luận: cùng một nguồn là điện tích tự do nhưng trường điện sinh ra trong chân không sẽ khác trong điện môi. Do trong điện môi các điện tích phân cực cũng sinh ra trường điện và làm thay đổi trường điện ban đầu 2(C/ m ) EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Chọc thủng điện môi Khi trường điện ngoài E ≥ Ect: điện môi trở nên dẫn điện  Chọc thủng điện môi Ect: cường độ trường điện chọc thủng, đặc trưng cho độ bền điện của điện môi, mỗi loại điện môi có 1 Ect xác định CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 9EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Chọc thủng điện môi  Tran Quang Viet – FEEE – HCMUT Electromagnetics Field EE 2003: Trường điện từ Phương pháp ảnh điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Phương pháp ảnh điện  Vật mang điện gần mặt phân cách giữa 2 môi trường thì trường điện trong không gian được tạo bởi 2 nguồn:  Nguồn 1: vật mang điện  Nguồn 2: điện tích cảm ứng hoặc phân cực trên biên Nhận xét: nguồn 1 là biết trước nhưng nguồn 2 là không biết trước dẫn tới các phương pháp tính trường: xếp chồng, Gauss, pt Poisson – Laplace không thể áp dụng trực tiếp được (do không đối xứng)  Phương pháp ảnh điện là phương pháp hữu dụng nhất EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Phương pháp ảnh điện Nguyên tắc của PP ảnh điện:  Đồng nhất không gian bằng môi trường cần tính trường  Thêm vào điện tích ảnh phù hợp  Duy trì điều kiện biên nguồn 1 nguồn 2 nguồn 1 nguồn 2 (đt ảnh) ĐKB CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 11 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – vật dẫn Điện tích q gần mặt dẫn rộng vô hạn nối đất. Bài toán: EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – vật dẫn Thay thế môi trường dẫn bằng điện môi & duy trì ĐKB rq 'rqM q q' q q' 4πεr 4πεrφ(M)= + =0 q'= q d'=d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 12 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – vật dẫn Mô hình tương đương tính trường trong điện môi EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – vật dẫn Bức tranh trường CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách cầu điện môi – vật dẫn Điện tích Q đặt gần quả cầu dẫn (bkính a) nối đất EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách cầu điện môi – vật dẫn Thay thế môi trường dẫn bằng điện môi & duy trì ĐKB 2b=a / d 3 1 2 Q -Q' φ(P )=0 + =0 4πεr 4πεr  2 2 1 2 2 2 rQ d +a 2dacosθ = = θ Q' r b +a 2bacosθ    2 2 2 2d +a b +a = da ba  Q'=Qa/d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách cầu điện môi – vật dẫn Bức tranh trường EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – điện môi Bài toán: Điện tích q đặt gần mặt phân cách phẳng giữa 2 điện môi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 15 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – điện môi Tính trường trong môi trường 1: thay thế toàn bộ bằng môi trường 1 1 1n 2 2 1 1t 2 2 1 1 qq D = sinα+ sinα 4πr 4πr qq E = cosα cosα 4πε r 4πε r    EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – điện môi Tính trường trong môi trường 2: thay thế toàn bộ bằng môi trường 2 2 2n 2 2 2t 2 2 q D = sinα 4πr q E = cosα 4πε r   CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – điện môi Duy trì điều kiện biên: 1 2 1 2 1 1 2 q+q q q qq = ε ε ε     1n 2n 2t 2t D =D E E 1 2 1 21 q q     2 1 2 2 2q q    EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Bài toán phân cách phẳng điện môi – điện môi Bức tranh trường: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 EE 2015 : Signals & Systems  Tran Quang Viet – FEEE - HCMUT Tran Quang Viet – F – Electroma etics Field Tổng kết L.O.2.3 – Liệt kê và giải thích các ảnh hưởng của vật dẫn và điện môi lên các đại lượng trường điện tĩnh. Mô tả nguyên lý màn chắn điện và đánh thủng điện môi. L.O.2.4 – Dùng phương pháp ảnh điện tìm thế và trường điện tĩnh trong các bài toán đơn giản. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt