Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Công nghệ thông tin Kỹ thuật lập trình Bài giảng lý thuyết trường điện từ năng lượng & điện thế...

Tài liệu Bài giảng lý thuyết trường điện từ năng lượng & điện thế

.PDF
30
170
109

Mô tả:

Nguyễn Công Phương Lý thuyết trường điện từ Dòng điện & vật dẫn Nội dung 1. Giới thiệu 2. Giải tích véctơ 3. Luật Coulomb & cường độ điện trường 4. Dịch chuyển điện, luật Gauss & đive 5. Năng lượng & điện thế 6. Dòng điện & vật dẫn 7. Điện môi & điện dung g 8. Các phương trình Poisson & Laplace 9. Từ trường dừng 10. Lực ự từ & điện ệ cảm 11. Trường biến thiên & hệ phương trình Maxwell 12. Sóng phẳng 13. Phản xạ & tán xạ sóng phẳng 14. Dẫn sóng & bức xạ Dòng điện & vật dẫn 2 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 3 Dòng điện & mật độ dòng điện (1) • Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng điện dQ I dt • Đơn vị A (ampère) • Dòng điện là dòng chuyển động của các hạt mang điện tích dương Dòng điện & vật dẫn 4 Dòng điện & mật độ dòng điện (2) • Dòng điện: biến thiên điện tích (theo thời gian) qua một mặt, đơn vị A • Mật ậ độ ộ dòng g điện: ệ J ((A/m2) • Gia số của dòng điện qua một vi phân mặt vuông góc với mật ậ độộ dòngg điện: ệ ΔI = JNΔS ếu mật ậ độ dò dòng g đđiện ệ không ô g vuô vuông g góc với vớ mặt: ặ: • Nếu ΔI = J.ΔS • Dòng tổng: I   J. J dS S Dòng điện & vật dẫn 5 Dòng điện & mật độ dòng điện (3) Q  v v Q  v v  v S L Q  v S x x  I  v S Q I  t t  v Svx I  J x S z S y x xL  J x   v vx J  v v Dòng điện & vật dẫn 6 Ví dụ 1 Dòng điện & mật độ dòng điện (4) z z=2 Cho J = 10ρ2zaρ – 4ρcos2φaφ mA/m2. Tính dòng điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ. z=1 I   J. J d S   J   3 .d S S ρ=3 S x J  3  10.32 za   4.3cos 2  a  90 za   12 cos 2  a dS   d dz d a   3d dz d a y z zz+dz dz dρ dz z 0 φ x φ+dφ Dòng điện & vật dẫn ρ ρ+dρ ρdφ 7 Dòng điện & mật độ dòng điện (4) Ví dụ 1 z z=2 Cho J = 10ρ2zaρ – 4ρcos2φaφ mA/m2. Tính dòng điện tổng chảy ra khỏi mặt đứng của hình trụ. I   J. J d S   J   3 .d S ρ=3 S S z=1 x J  3  10.32 za   4.3cos 2  a y  90 za   12 cos 2  a  J  3 .dS  270 zd dz dS   d dz d a   3d dz d a I  z 2 z 1   2  0 270 zd dz   z 2 z 1 2 54 A 2 .270 270 zdz  2,54 Dòng điện & vật dẫn 8 Dòng điện & mật độ dòng điện (5) Dòng điện chảy ra khỏi một mặt kín: I   J.dS S Điện tích dương trong mặt kín: Qi Định luật bảo toàn điện tích dQi  I   J.dS   S dt • Trong lý thuyết mạch, I = dQ/dt vì đó là dòng chảy vào • Trong lý thuyết trường, I = – dQ/dt vì đó là dòng chảy ra Dòng điện & vật dẫn 9 Dòng điện & mật độ dòng điện (6) dQi I   J. J dS   S dt  S J dS   (.J )dv (định lý đive) J. dQi   (.J )dv   V dt V Qi   v dv V d   (.J )dv    v dv  V dt V v V  t dv v v  (.J )v   v  .J   t t Dòng điện & vật dẫn 10 Ví dụ 2 Dòng điện & mật độ dòng điện (7) et Khảo sát mật độ dòng điện J  a r A/m2. r et I  Jr S  (4 r 2 )  4 re  t r I t 1 s, r 5 m  4 5e 1  23,1 A I t 1 s, r 6 m  4 6e 1  27, 27 7 A Dòng điện & vật dẫn 11 Ví dụ 2 Dòng điện & mật độ dòng điện (8) et Khả sát Khảo á mật ậ độ dòng dò điện điệ J  A/m2. a r A/ r  et  v ar   .JJ  .  t  r  1  2 1  1 D (r Dr )  ((sin  D )  .D  2 r r r sin   r sin    v 1   2 e  t  e  t et et   2 r   2  v    2 dt  K (r )  2  K (r ) r r t r r  r  r Giả sử ρv → 0 khi t → ∞, khi đó K(r) = 0 t t     J et e e 3 r   v  2 C/ m  vr    2   r m/ s v  r   r  r Dòng điện & vật dẫn 12 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 13 Vật dẫn kim loại (1) • Thuyết lượng tử • Dải hoá trị, dải dẫn, khe năng lượng • Vật dẫn kim loại: dải hoá trị tiếp xúc với dải dẫn, dẫn trường bên ngoài có thể tạo thành một dòng điện tử • Trong vật dẫn kim loại: F = – eE Dòng điện & vật dẫn 14 Vật dẫn kim loại (2) • • • • • • F = – eE Trong chân không, vận tốc của điện tử sẽ tăng liên tục Trong vật dẫn, dẫn vận tốc này sẽ tiến đến một giá trị trung bình hằng số: vd = – μeE μe: độ cơ động của điện tử, đơn vị m2/Vs, luôn dương VD: Al: 0,0012; 0 0012; Cu: 0,0032; 0 0032; Ag: 0,0056 0 0056 J = ρvv → J = – ρe μeE Dòng điện & vật dẫn 15 Vật dẫn kim loại (3) J = – ρe μeE • ρe : mật độ điện tử tự do, có giá trị âm • J luôn cùng hướng với E J = σE • σ : độ dẫn dẫ điện/điện điệ /điệ dẫn dẫ suất, ất (γ), ( ) đơn đơ vịị S/m S/ • VD: Al: 3,82.107; Cu: 5,80.107; Ag: 6,17.107 σ = – ρe μe Dòng điện & vật dẫn 16 Vật dẫn kim loại (4) E không đổi J I I   J.dS  JS  J  S S L Vab    E.dL a  E. dL b  E.Lba  E.L ab  V  EL V  J  L J E σ J không đổi a b E S V I L I   V  L S S L R S  V  RI (luật Ohm) a Vab  b E.dL  R I   E.dS S Dòng điện & vật dẫn 17 Dòng điện & vật dẫn • • • • • Dòng điện & mật độ dòng điện Vật dẫn kim loại Tính chất vật dẫn & điều kiện bờ Phương pháp soi gương Bán dẫn Dòng điện & vật dẫn 18 Tính chất ấ vật dẫn & điều ề kiện bờ (1) • Giả sử có một số điện tử xuất hiện bên trong vật dẫn • Các điện tử sẽ tách xa ra khỏi nhau, cho đến khi chúng tới bề mặt ặ của vật ậ dẫn • Tính chất 1: mật độ điện tích bên trong vật dẫn bằng zero,, bề mặt ặ vật ậ dẫn có một ộ điện ệ tích mặt ặ • Bên trong vật dẫn không có điện tích → không có dòng điện → cường độ điện trường bằng zero (theo định luật Ohm) • Tính chất 2: cường độ điện trường bên trong vật dẫn bằng ằ zero Dòng điện & vật dẫn 19 Tính chất ấ vật dẫn & điều ề kiện bờ (2) D ΔS Δh DN  E.dL  0  b a  c b  c  a d 0 Ebên trong vật dẫn ẫ =0 a Δw b Δh Δh d Δw c E Ett Vật dẫn Dtt d EN h  h      Ett w    EN , tai b   0   EN , tai a 0 2  2      h  0  Ett w  0  Ett  0  Dtt   0 Ett  0  Dtt  Ett  0  S D.dS  Q  trên trên  DN S ;  d−íi d−íi   0; 0 bên canh  bên canh Q 0  Dòng điện & vật dẫn  DN S  Q   S S  DN   S   0 E N 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan