Vật Lí đại cương A2 (Điện – Quang) - Bài tập phần 2

Nội dung text: Vật Lí đại cương A2 (Điện – Quang) - Bài tập phần 2

1. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 8. Bắn electron với vận tốc vr vào điện trường đều. r A. Nếu vr cùng phương chiều với E : nó bay chậm dần đều. r B. Nếu vr cùng phương ngược chiều với E : nó bay nhanh dần đều. r r C. Nếu vr ⊥ E : nó bay theo đường parabol lệch về phía ngược chiều E . D. Tất cả đều đúng. r r 9. Đặt lưỡng cực điện có moment lưỡng cực Pe vào trong điện trường E , nó sẽ: r r r r r A. Bị xoay theo E cho đến khi Pe và E trùng nhau thì Pe đứng yên, nếu E = const. r r r r B. Bị xoay theo chiều ngược chiều E cho đến khi Pe và E trùng nhau, nếu E = const. r r r r C. Bị xoay theo chiều E cho đến khi Pe và E trùng nhau, nếu E ≠ const. r r r r D. Bị xoay theo chiều E và kéo Pe về phía E mạnh, nếu E ≠ const. r r 10. Đặt lưỡng cực điện có moment lưỡng cực Pe vào trong điện trường E không đều, nó sẽ: r r r r A. Bị xoay theo E cho đến khi Pe và E trùng nhau thì Pe đứng yên. r r r B. Bị xoay theo chiều ngược chiều E cho đến khi Pe và E trùng nhau. r r r C. Bị xoay theo chiều E cho đến khi Pe và E trùng nhau. r r r D. Bị xoay theo chiều E và kéo Pe về phía E mạnh. 11. Khi điện tích q di chuyển trong điện trường từ điểm A có thế năng WA = 2,5J đến điểm B thì lực sinh công AAB = 2,5J. Thế năng tĩnh điện của q tại B là : A. WB = -2,5J B. WB = -0,5J C. WB = 5J D. WB = 0J. 12. Một electron bay trong điện trường. Hiệu điện thế giữa điểm đầu và điểm cuối quãng đường đi của electron bằng 100V. Công của lực điện bằng: A. A = 6,4.10-19J B. A = - 1,6.10-19J C. A = 100eV. D. A = - 100eV. 13. Một electron bay từ bản âm đến bản dương của tụ điện phẳng thì lực điện sinh công A = 6,4.10-18J. Chọn gốc thế năng tĩnh điện của electron ở sát bản âm của tụ. Thế năng của electron ở sát bản dương của tụ điện bằng: A. W = 0 J B. W = 6,4. 10-18 J C. W = -6,410-18J D. W = 6,4.10-2J 14. Đặt điện tích q lần lượt vào hai mặt cầu bán kính R1 = 2R2. Trị số thông lượng điện trường gởi qua hai mặt cầu là Ф1 và Ф2 . Vậy: A. Ф1 = 8Ф2 B. Ф1 = 4Ф2 C. 8Ф1 = Ф2 D. Ф1 = Ф2 15. Lần lượt đặt điện tích Q1 , Q2 (với Q1 = 2Q2 ) vào mặt cầu. Trị số thông lượng điện trường gởi qua mặt cầu lần lượt là Ф1 và Ф2 . Vậy: A. Ф1 = 8Ф2 B. Ф1 = 2Ф2 C. Ф1 = Ф2 D. 8Ф1 = Ф2 16. Chọn đáp án sai về đường sức điện trường: A. Nơi nào đường sức thưa thì điện trường ở đó yếu. B. Nơi nào đường sức dày thì điện thế ở đó cao. C. Đường sức điện trường hướng theo chiều giảm thế. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 21
2. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 D. Nếu các đường sức uốn cong thì đó là điện trường không đều. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 22
3. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 KQHT 2: Giải thích được hiện tượng điện hưởng (cảm ứng điện), hiện tượng phân cực chất điện môi VẬT DẪN VÀ CHẤT ĐIỆN MÔI 2.1. VẬT DẪN TRONG ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN 2.1.1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện Ta đã biết: vật dẫn là vật có các hạt mang địên tự do, các hạt mang điện này có thể chuyển động trong toàn bộ thể tích vật dẫn. Trạng thái cân bằng tình điện là trạng thái trong đó các điện tích đứng yên trong vật dẫn. Như vậy, điều kiện cân bằng tĩnh điện của một vật dẫn mang điện là: - Vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm bên trong vật dẫn phải bằng không: r Etr = 0 - Thành phần tiếp tuyến Et của vectơ cường đọ điện trường tại mọi điểm trên mặt vật dẫn phải bằng không. Nói cách khác, tại mọi điểm trên vật dẫn, vectơ cường độ điện trường phải vuông góc với mặt vật dẫn: Et = 0 r Thực vậy, nếu Etr ≠ 0 và Et ≠ 0 thì các hạt mang điện tự do bên trong và trên mặt vật dẫn sẽ chuyển dời có hướng, do đó trái với điều khiện cân bằng. 2.1.2.Tính chất vật dẫn mang điện. a. Vật dẫn là một vật đẳng thể Chứng minh: Xét hai điểm M, N bất kì trên vật dẫn: Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N được xác định: N r r N V −V = Ed = E d M N ∫ l ∫ l l M M E ( l hình chiếu của E trên dl ) Theo điều kiện cân bằng tĩnh điện: r Ets = 0 ⇒ VM −VN = 0 Điện thế mọi điểm bên trong vật dẫn dều bằng nhau. Người ta chứng minh được, do tính chất liên tục của điện thế nên điện thế tại một điểm, sát mặt vật dẫn cũng bằng điện thế tại một điểm trên vật dẫn. Nói cách khác: Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là một vật đẳng thế. b. Điện tích chỉ tập trung trên mặt ngoài vật dẫn. Chứnh minh: Giả sử ta truyền cho vật dẫn một địên tích q nào đó. Vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, ta có thể chứng minh điện tích q chỉ được phân bố bên trên bề mặt của vật dẫn; bên trong vật dẫn điện tích bằng không ( điện tích âm và điện tích dương trung hoà lẫn nhau). Thực vậy, ta tưởng tượng lấy một mặt kín Theo định lý O-G, thông lượng điện trường gởi qua một mặt kín bất kỳ thì bằng tổng đại số các điện tích chứa trong mặt kín chia cho εεo lần. n qi = 0 n r ∑ Bên trong vật dẫn E = 0 nên: i=1 . Vì mặt kín (S) được chọn q = 0 ∑ i bất kì nên ta có thể kết luận: Tổng đại số điện tích bên vật dẫn i=1 bằng không. Nếu ta truyền cho vật dẫn một điện tích q thì điện tích này sẽ chuyển ra bề mặt vật dẫn và chỉ được phân bố trên bề (S) mặt vật dẫn đó. Vì lí do trên, nếu ta khoét rỗng một vật dẫn đặt thì sự phân bố điện tích, trên mặt vật dẫn không bị thay đổi, nghĩa là: Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 23
4. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 - Đối với một vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, điện trường ở phần rỗng và trong thành của vật dẫn cũng luôn luôn bằng không. - Nếu ta đem một quả cầu kim loại mang điện do tiếp xúc với mặt trong của vật dẫn rỗng thì điện tích trên quả cầu mang điện sẽ được truyền hết ra mặt ngoài vật dẫn rỗng c. Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ sự phân bố điện tích trên mặt vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng vật dẫn đó. Vì lí do đối xứng, trên những mặt vật dẫn có dạng: mặt cầu, mặt phẳng vô hạn, mặt trụ dài vô hạn điện tích được phân bố đèu đặng. Đối với những vật dẫn có dạng khác, điện tích phân bố không đều. Nơi nào cong (lồi) điện tích tập trung nhiều, mật độ điện tích lớn, đặt biệt ở những mũi nhọn của vật dẫn điện tích tập trung nhiều. Vì vậy, tại vùng lân cận mũi nhọn điện trường rất mạnh tạo ra hiệu ứng mũi nhọn. + + + + + + + + + + + + + + + + 2.2. HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HƯỞNG 2.2.1. Hiện tượng điện hưởng r r Khi một vật dẫn BC trong điện trường ngoài E0 , điện trường E0 do một đầu kim loại dương gây ra, dưới tác dụng của lực điện trường các electron trong vật dẫn chuyển dời có hướng ngược chiều điện trường. Kết quả là trên các mặt giứi hạn B, C của vật xuất hiện các điện + tích trái dấu. Các điện tích này gọi là các điện tích cảm ứng. + B C Các điện tích cảm ứng gây ra bên trong vật dẫn một điện + r A + trường phụ E ' ngày càng lớn và ngược với điện trường ngoài r r r r ' E0 làm cho điện trường tổng hợp yếu dần (Eth = E0 + E ) . Các electron tự do trong vật dẫn chỉ ngừng chuyển dời có hướng khi cường độ điện tổng hợp bên trong vật dẫn bằng không và đường sức của điện trường ngoài vuông góc với mặt vật dẫn, nghĩa là khi điều kiện cân bằng tĩnh điện được thực hiện. + + + + - - + Khi đó các điện tích cảm ứng sẽ có độ lớn xác định. Điện - - tích cảm ứng âm ( Do thừa ē ở B) và điện tích cảm ứng + - + + - + dương ( Do mất ē ở C ) có độ lớn bằng nhau. - + + - B A Hiện tượng các điện tích cảm ứng xuất hiện trên vật dẫn + - + + - C + - - + (lúc đầu không mang điện) khi đặt trong điện trường được + + + - - gọi là hiện tượng điện hưởng. + - - + 2.2.2. Điện hưởng một phần và điện hưởng toàn phần + + - Trường hợp điện hưởng mà trong đó độ lớn độ lớn + của điện tích cảm ứng nhỏ hơn độ lớn của điện tích trên vật mang điện gọi là hiện tượng điện hưởng một phần (q’<q) - Trường hợp điện hưởng mà trong đó độ lớn độ lớn của điện tích cảm ứng bằng độ lớn của điện tích trên vật mang điện gọi là hiện tượng điện hưởng toàn phần (q’=q) 2.3. SỰ PHÂN CỰC VÀ CHẤT ĐIỆN MÔI 2.3.1. Hiện tượng phân cực của chất điện môi Là hiện tượng khi đặt một thanh điện môi vào điện trường thì ở hai đầu của thanh xuất hiện các điện tích trái dấu. 2.3.2. Giải thích hiện tượng: Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 24
5. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 a. Phân tử phân cực và phân tử không phân cực: Như chúng ta đã biết mỗi phân tử (hay nguyên tử) gồm các hạt mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm. Trong phạm vi nguên tử hay phân tử các electron chuyển động với vận tốc rất lớn làm cho vị trí của chúng so với hạt nhân thay đổi liên tục. Vì thế, khi xét tương tác của mỗi electron với các điện tích bên ngoài, ta có thể coi một cách gần đúng như electron đứng yên tại một điểm nào đó, điểm này được xác định như vị trí trung bình của electron theo thời gian. Đối với những khoảng cách lớn so với kích thước phân tử ta có thể coi tác dụng của các electron trong phân tử tương đương với tác dụng của điện tích tổng cộng –q của chúng đặt tại một điểm nào đó. Điểm này được gọi là “Trọng tâm” của các điện tích âm. Tương tự như vậy, ta có thể coi tác dụng của hạt nhân tương đương với tác dụng của điện tích tổng cộng +q của chúng, đặt tại “Trọng tâm” của các điện tích dương. Tùy theo sự phân bố của electron xung quanh hạt nhân mà người ta phân biệt hai loại điện môi: Phân tử không phân cực và phân tử phân cực. Phân tử không phân cực là loại phân tử có phân bố electron đối xứng xung quanh hạt nhân. Vì thế khi chưa đặt vào điện trường ngoài các trọng tâm của điện tích dương và điện tích âm trùng nhau, phân tử không phải là lưỡng cực điện, momen điện của nó bằng không (phân tử H2, N2, CCl4, ) Khi đặt phân tử không phân cực trong điện trường ngoài, các điện tích dương và âm của phân tử bị điện trường ngoài tác dụng và dịch chuyển ngược chiều nhau: Điện tích dương theo chiều điện trường, điện tích âm ngược chiều điện trường; phân tử trở thành lưỡng cực điện có momen điện. Phân tử phân cực là loại phân tử có phân bố electron không đối xứng xung quanh hạt nhân. Vì thế, ngay khi chưa đặt trong điện trường ngoài các trọng tâm điện tích dương và âm của phân tử không -q +q trùng nhau, chúng nằm cách nhau một đoạn l : r Phân tử là một lưỡng cực điện có momen điện Pe khác không. Khi r đặt trong điện trường ngoài, phân tử phân cực sẽ quay sao cho momen điện Pe của nó có hướng theo điện trường ngoài. Điện trường ngoài hầu như không có ảnh hưởng đến độ lớn r của momen điện Pe . Vì vậy trong điện trường phân tử phân cực như một lưỡng cực (“cứng”) (Một chất điện môi có phân tử thuộc loại này: H2O, NH3, HCl, CHCl, ) b. Giải thích hiện tượng: Ta đã biết, khi đặt điện môi trong điện trường ngoài, trên các mặt của chất điện môi có xuất hiện điện tích. Ta giải thích hiện tượng này: Trường hợp điện môi cấu tạo bởi các phân tử phân cực: Xét một khối điện môi chứa một số rất lớn phân tử. Khi chưa đặt điện môi trong điện trường ngoài, do chuyển động nhiệt các lưỡng cực phân tử trong khối điện môi sắp xếp hoàn toàn hỗn loạn theo mọi phương; các điện tích trái dấu của các lưỡng cực phân tử trung hoà nhau, tổng momen điện của các lưỡng cực phân tử bằng không: Toàn bộ khối điện môi chưa tích điện. r Khi đặt điện môi trong điện trường ngoài E0 , các lưỡng cực phân tử điện môi có xu hương quay sao cho momen điện của chúng hướng theo điện trường ngoài. Tuy nhiên do chuyển động nhiệt, hướng của các momen điện không thể nằm song r song với E0 được, mà vẫn bị “ tung ra” hai phía so với phương của điện trường ngoài. Như vậy, dưới tác dụng đồng thời của điện trường ngoài và chuyểng động nhiệt, các r momen điện Pe của các phân tử được sắp xếp có thứ tự hơn theo hướng của điện trường Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 25
6. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 r ngoài E0 . Điện trường ngoài càng mạnh, chuyển động nhiệt của các phân tử càng yếu (Tức nhiệt độ khối điện môi càng thấp), thì sự định ướng của các momen theo điện trường ngoài càng rõ rệt. Khi đó trong lòng khối điện môi, điện tích trái dấu của các lưỡng cực phân tử trung hoà nhau: Trong lòng khối điện môi không xuất hiện điện tích. Còn ở trên các mặt giới hạn có xuất hiện các điện tích trái dấu: Ở mặt giói hạn mà đường sức điện trường đi vào xuất hiện điện tích âm, ở mặt giới hạn mà đường sức điện trường đi ra xuất hiện điện tích dương. Các điện tích này chính là tập hợp điện tích của các lưỡng cực phân tử trên các mặt giới hạn. Vì vậy, chúng không phải là điện tích “tự do” (gọi là các điện tích liên kết). Trường hợp điện môi cấu tạo bởi các điện tích không phân cực: Khi chưa đặt điện môi trong điện trường, mỗi phân tử điện môi chưa phải là một lưỡng cực điện (Vì các trọng tâm điện tích dương và âm của nó trùng nhau): Điện môi trung hoà điện. - + Khi đặt trong điện trường ngoài, các phân tử điện môi r - + P ≠ điều trở thành các lưỡng cực điện có momen điện e 0 - + (khác với phân tử cô lặp, phân tử trong khối điện môi + trở thành lưỡng cực điện là do sự biến dạng của lớp vỏ ē - của phân tử- nghĩa là do sự dịch chuyển của trọng tâm r điện tích âm). E0 Trong trường hợp điện trường và mật độ chất không lớn r r r lắm, công thức tính momen điện của phân tử cô lặp( Pe ~ E0 , E là điện trường tổng hợp trong điện môi). Như vậy, dưới tác dụng của điện trường momen điện của các phân tử điện môi đều hướng theo điện trường.( Khi đó ta có kết quả tương tự như trường hợp trên). Trên các mặt giới hạn của khối điện môi xuất hiện các điện tích liên kết trái dấu nhau (hình bên). Chuyển động nhiệt không ảnh hưởng gì đến sự biến dạng của lớp vỏ điệnt tử( Tức sự dịch chuyển của các trọng tâm điện tích). Sự phân cực điện môi ở đây được gọi là sự phân cực êlectron. Trường hợp điện môi tinh thể: Đối với các điện môi tinh thể có các mạng tinh thể ion lập phương (Như NaCl, CsCl), ta có thể coi toàn bộ tinh thể như một “phân tử khổng lồ”: các mạng ion dương và ion âm lồng vào nhau. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các mạng ion dương dịch chuyển theo chiều điện trường, còn các mạng ion âm dịch chuyển ngược chiều điện trường và gây ra hiện tượng phân cực điện môi. Dạng phân cực này gọi là phân cực ion. 2.4. ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI r E + - + - Giả sử có một điện trường 0 giữa hai mp song song vô hạng mang điện đều bằng nhau nhưng trái dấu; Chất điện môi được + - r / r+ - E E r lắp đầy khỏang không gian giữa hai mp mang điện. Khi đó • E + - + - 0 khối điện môi bị phân cực. Trên các mặt giới hạn của nó xuất + - + - hiện các điện tích liên kết, mật độ điện bằng: − σ ' và + σ ' . Các r + - + - điện tích liên kết này sẽ gây ra điện trường phụ E ' cùng +σ -σ r phương ngược chiều với điện trường ban đầu E0 Theo nguyên lý chồng chất điện trường:(Điện trường trong chất điện môi) r r r ' E = Eo + E (*) r Chiếu (*) lên phương của E0 ' E = E0 − E Trong đó: Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 26
7. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 σ ' E ' = = χE ε 0 (cappa E) ⇒ E = E 0 − χE E E = 0 Hay 1+ χ ( ) Với 1+ χ = ε gọi là hằng số điện môi của môi trường( Phụ thuộc vào tính chất của môi trường) Kết quả trên ( )cũng đúng trong trường hợp tổng quát. Vậy cường độ điện trường trong điện môi giảm đi ε lần so với điện trường trong chân không. 2.5. ĐIỆN DUNG CỦA VẬT DẪN 2.5.1. Điện dung của một vật dẫn cô lập Một vật dẫn được gọi là cô lập về điện (hay cô lập) nếu gần nó không có một vật nào khác có thể gây ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích trên vật dẫn đang xét. Khi ta tích điện cho vật dẫn cô lập thì điện tích Q của vật dẫn tỉ lệ với điện thế của nó. Q = CV C : là hệ số tỉ lệ, nó phụ thuộc vào kích thước vật và môi trường chứa vật dẫn được gọi là điện dung của vật dẫn, nó đặt trưng cho khả năng tích điện của vật dẫn. 2.5.2. Đơn vị điện dung: Là Fara (F) Thông thường nguời ta áp dụng các ước số của Fara: 1MF = 10−6 F 1PF = 10−12 F 2.5.3. Điện dung của tụ điện a. Định nghĩa tụ điện: Tụ điện là hệ hai vật dẫn cô – lập ở điều kiện hưởng ứng điện toàn phần. Hai vật – – dẫn tạo nên tụ điện được gọi là hai bản tụ. bản trong b. Điện dung của tụ: – V1 +Q V2 – Gọi V1 và V2 lần lượt là điệ thế của bản trong (mang -Q A bản ngoài điện dương) và bản ngoài (mang điện âm),Q là độ – – lớn điện tích trên mỗi bản tụ, người ta định nghĩa điện dung của tụ: – – Q C = V −V + Q = − Q 1 2 S 2.5.4. Các tụ điện thường dùng: V1 + + + + + + + a. Tụ điện phẳng Là hai mặt phẳng kim loại có cùng diện tích S đặt song song cách nhau một khoảng d. d Khi tụ được tích điện, ta xem điện trường giữa hai bản tụ là đều và có độ lớn: V2 – – – – – – – σ E = ε 0ε Theo định nghĩa ta có: Q C = V1 −V2 Q = σ.S σ V1 −V2 = Ed = d ε 0ε Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 27
8. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 ε ε.S 1 S ⇒ C = 0 = .ε d 36π.109 d ε là hằng số điện môi Công thức trên vẫn nghiệm đúng đối với tụ điện cầu và tụ điện trụ với điều kiện d rất nhỏ. b. Các loại tụ điện khác: + Tụ điện cầu: hai bản tụ là hai mặt cầu kim loại đồng tâm bán kính R1 và R2 (bao bọc lẫn nhau). + Tụ điện trụ: Hai bản tụ là hai mặt trụ kim loại đồng trục bán kính lần lượt là R1 và R2 có chiều cao bằng l + Các tụ điện thường dùng trong kỉ thuật: Tụ điện giấy (hay tụ mica) là hai hệ thống kim loại đặt xen kẽ lẫn nhau ;Tụ điện không khí có điện dung thay đổi được, tụ gồm hai hệ thống bản kim loại( thường có hình bán nguyệt) riêng biệt đặt xen kẽ nhau trong không khí. 2.5. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 2.5.1. Năng lượng tụ điện Xét một tụ điện phẳng đang được tích điện. Giả sử ở thời điểm đang xét tụ điện có độ lớn điện tích là Q . Hiệu điện thế giữa hai bản là V1 - V2 , một điện tích dq dương dịch chuyển từ bản âm sang bản dương. Công dA trong quá trình này: dA = dq(V1 −V2 ) = −dq(V1 −V2 ) − qdq q dA = (V −V = ) C , 1 2 C Công cản lực tỉnh điện là công cản (công âm). Để thực hiện được quá trình này ta phải cung cấp cho dq một công dA = −dA' q q dA' = −(− dq) = dq C C Công cung cấp trung bình tích điện cho tụ từ giá trị 0 đến giá trị Q : Q Q qdq q 2 Q A' = ∫ dA' = ∫ = 0 0 C 2C 0 Q 2 A' = 2C Chính công này đã biến thành năng lượng của tụ điện. Gọi We là năng lượng của tụ điện: 2 2 ' 1 Q Q(V1 −V2 ) C(V1 −V2 ) We = A = = = 2 C 2 2 2.5.1. Năng lượng điện trường a. Năng lượng điện trường đều: Năng lượng của tụ điện định xứ trong khoảng không gian có điện trường giữa hai bản tụ điện nên năng lượng We còn được gọi là năng lượng trường tĩnh điện trong điện trường đều. Ta có: V1 −V2 = E.d ε ε.SE 2 .d 2 ε εE 2 S.d ⇒ W = 0 = 0 e 2d 2 2 ε 0εE V We = 2 , V: thể tích giới hạn giữa hai bản tụ. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 28
9. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Bài đọc thêm: HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN Hiện tượng áp điện (tiếng Anh là piezoelectric phenomena) là một hiện tượng được nhà khoáng vật học người Pháp đề cập đầu tiên vào năm 1817, sau đó được anh em nhà Pierre và Jacques Curie chứng minh và nghiên cứu thêm vào năm 1880. Hiện tượng xảy ra như sau: người ta tìm được một loại chất có tính chất hóa học gần giống gốm (ceramic) và nó có hai hiệu ứng thuận và nghịch nhưng khi áp vào nó một trường điện thì nó biến đổi hình dạng và ngược lại khi dùng lực cơ học tác động vào nó thì nó tạo ra dòng điện. Nó như một máy biến đổi trực tiếp từ năng lượng điện sang năng lượng cơ học và ngược lại. Ứng dụng Ngày nay hiện tượng áp điện được ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật phục vụ cho cuộc sống hàng ngày như: máy bật lửa, cảm biến, máy siêu âm, điều khiển góc quay nhỏ gương phản xạ tia lade, các thiết bị, động cơ có kích thước nhỏ, hiện nay người ta đang phát triển nhiều chương trình nghiên cứu như máy bay bay đập cánh như côn trùng, cơ nhân tạo, cánh máy bay biến đổi hình dạng, phòng triệt tiêu âm thanh, các cấu trúc thông minh, hầu hết các máy in hiện nay một trong những ứng dụng quan trọng hiện nay trong kỹ thuật là dùng làm động cơ piezo. Cho đến hiện nay người ta đã tìm ra được 2 loại vật liệu piezo cơ bản đó là dạng cục (như gốm) ceramic và tấm mỏng như tấm film. Các phương pháp số dùng để tính toán cho loại vật liệu này như cũng đã được nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. • Câu hỏi & Bài tập 1. Điều kiện cân bằng tĩnh điện của vật dẫn mang điện? 2. Các tính chất của vậtdẫn mang diện? 3. Một tụ điện được nối với một acquy. Tại sao mỗi bản tụ nhận một điện tích có độ lớn bằng nhau? 4. Có thể có một hiệu điện thế giữa hai vật dẫn kề nhau mang cùng một lượng điện tích dương như nhau không? 5. Hãy nêu sự giống nhau và khác nhau khi: một tấm điện môi và một tấm chất dẫn điện được đưa vào giữa hai bản của một tụ điện phẳng. Giả sử rằng độ dày của các tấm bằng một nửa khoảng cách giữa hai bản tụ điện? 6. Hai bản tụ điện phẳng cách nhau 1,00mm. Nếu điện dung của tụ bằng 1,00F thì điện tích trên các bản tụ bằng bao nhiêu? 7. Các vật dẫn hình trụ trong và ngoài của một dây cáp đồng trục, được dùng để truyền tín hiệu ti vi, có kích thước a = 0,15mm và b = 2,1mm. Hỏi điện dung của một đơn vị chiều dàicủa dây cáp đó? 8. Một tụ nhỏ trên một chip của bộ nhớ RAM có điện dung 55.10-3pF . nếu tụ được nạp đến điện thế 5,3V thì có bao nhiêu electron dư trên bản âm của tụ? 9. Một tụ điện phẳng có diện tích 115cm2, khoảng cách giữa hai bản tụ 1,24cm. Mắc hai bản tụ vào một acquy có điện thế 85,5V. Sau đó ngắt quay ra rồi lấp vào khoảng giữa hai bản tụ một tấm điện môi có bề dầy, hằng số 2,61. Tìm: a/. Điện dung của tụ trước khi lấp đầy điện môi ? b/. Điện tích tự do xuất hiện trên các bản tụ ? c/. Điện trường của tụ điện và điện trường bên trong khối điện môi? Câu hỏi trắc nghiệm: 1. Tại điểm nào dưới dây không có điện trường: A. Ở ngoài gần mặt cầu bằng cao su bị nhiễm điện. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 29
10. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 B. Ở trong mặt cầu bằng cao su bị nhiễm điện. C. Ở ngoài gần mặt cầu bằng thép bị nhiễm điện. D. Ở trong mặt cầu bằng thép bị nhiễm điện. 2. Đặt một thỏi thép vào trong điện trường thì : r A. Ở trong lỏi thép : E = 0. B. Điện thế ở trong lỏi cao hơn ở ngoài bề mặt ngoài. C. Điện tích phân bố khắp thể tích. D. Tất cả đều đúng. 3. Đặt cái hộp rỗng bằng nhôm vào điện trường thì : A. Điện trường trong hộp (phần không khí) mạnh hơn ở vỏ (phần bằng nhôm). B. Điện trường trong hộp (phần không khí) thấp hơn ở vỏ (phần bằng nhôm). C. Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vỏ hộp. D. Tất cả đều đúng. 4. Chọn câu sai: Đưa vật A mang điện dương tới gần quả cầu kim loại nhỏ treo trên sợi dây tơ, quả cầu bị vật A hút. Có thể kết luận rằng: A. Vật A gây ra hiện tượng điện hưởng ở quả cầu kim loại, làm cho mặt cầu ở phía gần vật A có điện tích âm và điện tích âm này hút điện tích dương của vật A. B. Quả cầu trước đó đã không mang điện. Khi đó xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ. C. Quả cầu trước đó đã mang điện âm, nhưng khá nhỏ so với điện tích của vật A. D. Tất cả đều sai. 5. Tích điện cho tụ điện phẳng, ngắt khỏi nguồn. Nhúng ngập hẳn vào điện môi lỏng thì: A. Điện tích trên mỗi bản tụ tăng, hiệu điện thế giữa hai bản tụ giảm. B. Điện tích trên mỗi bản tụ giảm, hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng. C. Điện tích trên mỗi bản tụ không đổi, hiệu điện thế giữa hai bản tụ giảm. D. Cường độ điện trường giữa hai bản tụ không đổi. 6. Hai tụ được nạp điện cùng trị số điện tích thì: A. Hai tụ có cùng điện dung. B. Hai tụ đó có cùng hiệu điện thế giữa hai bản tụ của chúng. C. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn thì hiệu điện thế lớn hơn. D. Tụ nào có điện dung lớn hơn thì hiệu điện thế nhỏ hơn. 7. Gọi C1, C2 lần lượt là điện dung của hai tụ điện và cho biết C1> C2 . Nếu: A. Mắc song song hai tụ vào một nguồn có hiệu điện thế U thì điện tích Q1 = Q2 B. Mắc nối tiếp hai tụ vào một nguồn có hiệu điện thế U thì điện tích Q1 > Q2 C. Mắc nối tiếp hai tụ vào một nguồn có hiệu điện thế U thì hiệu điện thế U1 < U2. D. A, B, C đúng. 8. Năng lượng điện trường tụ điện phẳng phụ thuộc vào: A. Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ điện. B. Độ lớn của véctơ cường độ điện trường giữa hai bản tụ điện. C. Độ lớn điện tích giữa hai bản tụ. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 30