Bài 6. Vật dẫn và điện môi trong điện trường

Bài 5:
VẬT DẪN VÀ
ĐIỆN MÔI TRONG
ĐIỆN TRƯỜNG
Vật dẫn trong điện trường
Điện môi trong điện trường
Nội Dung
1) Vật dẫn trong điện trường
Xét vật dẫn nhiễm điện đang ở trạng thái cân bằng điện (tức không có điện tích chuyển động bên trong vật - hay bên trong vật không có dòng điện)
a) Điện trường trong vật dẫn:
Ở mọi điểm bên trong vật dẫn, cường độ điện trường đều bằng không ( )


???
Vì : Nếu tại một điểm nào đó bên trong vật dẫn mà có thì sẽ có lực điện tác dụng lên các điện tích tự do trong vật dẫn làm cho chúng chuyển động và gây ra dòng điện
Tại mọi điểm trên mặt vật dẫn, cường độ điện trường có hướng vuông góc với mặt vật dẫn
E
Phương của véctơ cường độ điện trường ở bề mặt vật dẫn
Vì sao???
Vì : Nếu trên bề mặt vật dẫn mà không vuông góc với mặt vật dẫn thì sẽ có thành phần dọc theo mặt vật dẫn gây ra lực điện làm cho điện tích tự do dịch chuyển dọc theo mặt ngoài của vật dẫn
b) Điện thế
Qua thí nghiệm trên có nhận xét gì ??
Xem thí nghiệm sau:
Bên trong vật dẫn có
Hiệu điện thế giữa hai điểm bất
kỳ trong vật dẫn bằng không
Tức là điện thế tại mọi điểm bên trong vật dẫn có cùng trị số
VẬT DẪN Ở TRẠNG THÁI CÂN
BẰNG ĐIỆN LÀ MỘT VẬT ĐẲNG THẾ
c) Sự phân bố điện tích :
Xem thí nghiệm rồi rút ra kết luận ?
c) Sự phân bố điện tích :
Điện tích chỉ phân bố trên mặt ngoài của vật dẫn.
Điện tích tập trung nhiều nhất ở những chỗ lồi nhất của vật
Hộp kim loại
Quả cầu kim loại tích điện dương
Đế cách điện
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
Điện tích phân bố như thế nào trên vật dẫn khi ta đưa quả cầu tích điện vào hộp kim loại?
Điện tích chỉ phân bố ở trên mặt ngoài của vật dẫn
Tính chất này có đúng cho vật dẫn rỗng không?
Tính chất này đúng cho cả vật dẫn rỗng
Một vật dẫn khác nằm trong vật rỗng sẽ không bị ảnh hưởng bởi điện trường bên ngoài
Vật dẫn rỗng được gọi là màn chắn điện
Ứng dụng
Dùng để tạo các màn kim loại chống nhiễu bởi điện trường ngoài, bảo vệ cho các dụng cụ điện, điện tử.
Nhận xét thí nghiệm sau!!!!!!!
Điện tích truyền cho vật được phân bố một cách không đều ở mặt ngoài vật dẫn
Tập trung nhiều ở những chỗ lồi nhất, do đó, cường độ điện trường tại các điểm khác nhau gần mặt ngoài vật dẫn là khác nhau và mạnh nhất ở những chỗ có mũi nhọn
Ở các chỗ lõm hầu như không có điện tích
Điện trường mạnh nhất ở gần những chỗ có mũi nhọn
Electron và ion dương
Dưới tác dụng của điện trường
có sẵn trong khí quyển (do tác dụng ion hóa của tia vũ trụ, tia phóng xạ, . . .)
Sẽ chuyển động có gia tốc và mau chóng đạt
vận tốc rất lớn, chúng va chạm vào các phân
tử không khí gây ra ion hóa không khí,
làm cho số ion sinh ra càng nhiều
Các hạt mang điện trái dấu với điện tích trên mũi nhọn
Sẽ bị mũi
nhọn hút
vào
Làm điện
tích trên
mũi nhọn
giảm dần
Hiện tượng mũi nhọn bị mất dần điện tích và tạo thành gió điện được gọi là hiệu ứng mũi nhọn
Trái lại, các hạt mang điện cùng dấu với điện tích mũi nhọn sẽ bị đẩy ra xa, chúng kéo theo các phân tử không khí, tạo thành một luồng gió gọi là gió điện
Người ta thường làm một số bộ phận kim loại của máy dưới dạng mặt có bán kính cong lớn hoặc mặt cầu
Trong một số máy tĩnh điện làm việc dưới điện thế cao, để tránh mất mát điện do hiệu ứng mũi nhọn gây ra người ta làm gì?
MoonKey
Trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng hiệu ứng mũi nhọn để làm giảm nhanh điện tích tập trung trên vật
VD: chẳng hạn để làm cột chống sét (cột thu lôi)
Mời xem phim
Một số hình ảnh và phim về sét và cột thu lôi
Sét đánh vào các tòa nhà cao tầng
Sét đánh vào ô tô đang chạy
Sét đánh vào máy bay đang bay
Hình ảnh về cột thu lôi
Phim
Franklin phát minh ra cột thu lôi vào năm 1753
Benjamin Franklin
(USA-1706-1790)
2) Điện môi trong điện trường
a) Sự phân cực của điện môi :
+ Điện tích trong điện môi :
- Trong điện môi hầu như không có các điện tích tự do. Mọi electron đều liên kết chặt chẽ với nguyên tử, phân tử.
- Khi đặt cả khối điện môi trong một điện trường thì nó vẫn trung hòa điện nhưng ở hai mặt điện môi xuất hiện các điện tích trái dấu. Ta không thể tách riêng các điện tích âm và dương ở mặt điện môi. Những điện tích này gọi là điện tích liên kết
Điện trường có thể tồn tại trong điện môi ?
Dưới tác dụng của điện
trường của các điện
tích đặt trong điện môi
Trong điện môi
có những biến đổi
Làm xuất hiện một điện trường ngược chiều với nó
Nên điện trường của các điện tích giảm đi  lần
Điện môi không có cực
Các phân tử, nguyên tử có tâm điện tích dương và âm trùng nhau gọi là phân tử, nguyên tử không có cực
Thế nào gọi là phân tử, nguyên tử không có cực??
Điện môi được cấu tạo từ những phân tử, nguyên tử không có cực gọi là điện môi không có cực
Ví dụ???
Hyđrô, ôxy, nitơ, . . .
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
E
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Phân tử điện môi không có cực khi không có điện trường
Tác dụng của điện trường ngoài lên các phân tử chất điện môi làm tách tâm của điện tích dương và tâm của điện tích âm. Kết quả làm các phân tử tấm điện môi bị phân cực.
+
Khi đặt điện môi không có cực vào trong một điện trường
Dưới tác dụng của lực điện
Các điện tích dương và âm dịch chuyển ngược chiều nhau
Tuy phân tử vẫn trung hòa điện nhưng tâm của các điện tích âm và dương không trùng nhau nữa mà cách nhau một khoảng nào đó
Hệ thống các điện tích bằng nhau, trái dấu, đặt cách nhau một khoảng nào đó gọi là một lưỡng cực điện
Vậy, trong điện trường, mỗi phân tử điện môi trở thành một lưỡng cực điện
Sự phân cực của điện môi được gây nên bởi sự dịch chuyển của electrontrong nội bộ phân tử, dưới tác dụng của điện trường ngoài, gọi là sự phân cực electron
Mỗi lưỡng cực điện được đặt trưng bởi vector momen lưỡng cực
Độ lớn điện tích của lưỡng cực
Vector độ dài lưỡng cực hướng từ điện tích âm sang điện tích dương
Điện trường càng mạnh
Tâm điện tích dương và âm càng cách xa nhau
Momen lưỡng cực của phân tử
điện môi càng lớn
Điện môi có cực
Các phân tử, nguyên tử có tâm điện tích dương và âm không trùng nhau gọi là phân tử, nguyên tử có cực
Thế nào gọi là phân tử, nguyên tử có cực??
Điện môi được cấu tạo từ những phân tử, nguyên tử có cực gọi là điện môi có cực. Ở trạng thái bình thường, mỗi phân tử điện môi đã là một lưỡng cực điện
Ở trạng thái bình thường, mỗi phân tử điện môi đã là một lưỡng cực điện
Ví dụ : nước, natri clorua, . . .
Khi chưa đặt điện môi vào điện trường, do chuyển động nhiệt, các phân tử lưỡng cực sắp xếp hỗn loạn nên, tính trung bình, điện trường trong khối điện môi bằng không
Khi đặt điện môi vào điện trường, do tâm điện tích dương và âm không trùng nhau nên lực điện gây ra một ngẫu lực làm quay lưỡng cực định hướng và sắp xếp ưu tiên theo phương điện trường, gây nên sự phân cực của điện môi, ở hai mặt khối điện môi cũng xuất hiện những điện tích liên kết trái dấu.






Ngẫu lực tác dụng lên lưỡng c?c
điện
Sự phân cực của điện môi, được gây nên do sự định hướng của các phân tử lưỡng cực dưới tác dụng của điện trường ngoài, gọi là sự phân cực định hướng.
b) Điện trường trong điện môi
Xét hai bản kim loại rộng, đặt song song, gần nhau, được tích điện trái dấu với mật độ điện tích mặt o và -o , điện trường giữa hai bản là đều và có cường độ :
(1)
Lấp đầy khoảng không gian giữa hai bản bằng một điện môi đồng chất có hằng số điện môi .
Dưới tác dụng của điện trường, điện môi bị phân cực, ở hai mặt của điện môi xuất hiện các điện tích liên kết với mật độ  và ’, gây ra bên trong điện môi một điện trường ’ ngược chiều với điện trường o và có độ lớn
Điện trường tổng hợp bên trong điện môi là :
- Có chiều : chiều của
- Có độ lớn : E = Eo – E’
Với
Mật độ điện tích liên kết tỉ lệ với cường độ điện trường trong điện môi : ’ = oE
 là độ cảm điện của điện môi
Suy ra :  = 1 + 
CỦNG CỐ BÀI
Câu 01
Chọn phương án đúng :
Một quả cầu nhôm rỗng được nhiễm điện thì điện tích của quả cầu :
A. Chỉ phân bố ở mặt trong của quả cầu.
B. Chỉ phân bố ở mặt ngoài của quả cầu.
C. Phân bố cả mặt trong và mặt ngoài của quả cầu.
D. Phân bố ở mặt trong nếu quả cầu nhiễm điện âm, phân bố ở mặt ngoài nếu quả cầu nhiễm điện dương.
CỦNG CỐ BÀI
Câu 02
Trong các phát biểu sau, phát biểu nào đúng, sai ?
A. Một quả cầu kim loại nhiễm điện dương thì điện thế ở một điểm trên mặt quả cầu lớn hơn điện thế ở tâm quả cầu.
B. Một quả cầu bằng đồng nhiễm điện âm thì cường độ điện trường tại điểm bất kì bên trong quả cầu có chiều hướng về tâm quả cầu.
C. Cường độ điện trường tại điểm bên ngoài vật nhiễm điện có phương vuông góc với mặt vật đó.
D. Điện tích ở mặt ngoài của một quả cầu kim loại nhiễm điện được phân bố như nhau ở mọi điểm.
BÀI GIẢNG ĐƯỢC HOÀN THÀNH NHỜ SỰ HỢP TÁC CỦA CÁC HỌC SINH LỚP 11 CHUYÊN LÝ
NĂM HỌC 2009-2010 :
1. Ngô Anh Tài
2. Huỳnh Thị Thanh Trà
3. Trần Anh Tú
4. Nguyễn Hoàn Niên
5. Lê Bảo Long
6. Nguyễn Tùng Anh
Chân thành cám ơn sự hợp tác của các học sinh trên và mong tiếp tục nhận được sự hợp tác của các học sinh khác