ĐIỆN TRƯỜNG

Điện tử

ĐIỆN TRƯỜNG

Theo ISTEM PLUS 1 năm trước

1. Định luật Ohm
Ta có biểu đồ U-l là một đường thẳng. Từ toán học chúng ta đã biết, điều này có nghĩa là các đại lượng như dòng điện I và điện áp U tỉ lệ với nhau (Hình 3).

U~I
Ta có thể thay thế ký hiệu tỉ lệ bằng ký hiệu bằng nhau khi đưa vào một hệ số tỉ lệ.
U=K.I
Hệ số tỉ lệ này chính là điện trở R. Đơn vị của điện trở có được từ sự quan sát các đơn vị của điện áp u và dòng điện I:

Ta có định luật Ohm:
R=U/I
[R]=V/A
Điện trở R là hệ số tỉ lệ giữa điện áp U và cường độ dòng điện I

Trân trọng nhà vật lý Ohm, đơn vị của điện trở [R] =V/A được ký hiệu với mẫu tự Ω Omega đọc là ohm
Vật liệu có điện trở nhỏ sẽ ít ngăn cản dòng điện nên có trị số dẫn điện tốt. Trị số dẫn điện là nghịch đảo của điện trở.

Định nghĩa trị số dẫn điện G:
G=1/R
Ta có ký hiệu đơn giản là S

2. Điện trường
Điện trường là hiện tượng điện xảy ra với sự bố trí vật dẫn điện và vật không dẫn điện (Hình 1).

Vật không dẫn điện là những vật liệu có điện trở R rất lớn. Thí dụ như không khí, chất dẻo, gỗ, giây...
Bố trí dạng “Sandwich - bánh mì kẹp” (Hình 2) còn được gọi là cấu trúc tụ điện. Hình này diễn tà mô hình một điện trường giữa hai tấm dẫn điện phẳng.

Trường là một không gian mà trong đó mỗi điểm tương ứng trị số của một đại lượng vật lý, thí dụ trường nhiệt độ của một căn phòng, trường hấp dẫn của trái đất...
Con người chỉ nhận biết được hiện tượng điện trường và tác dụng của nó một cách gián tiếp. Một hiện tượng đơn giản và ai cũng biết đó là sự phóng tĩnh điện khi ta sờ vào tay nắm cửa. Đó là cảm giác khó chịu nhưng không gây hại.
Chúng ta giải thích hiện tượng này như thế nào?
Sự cọ xát của giày với tấm thảm trên sàn nhà tạo nên sự tách ly điện tích làm phát sinh điện áp. Chúng ta có thể hình dung bàn tay và nắm cửa là hai tâm dẫn điện phẳng nằm đối diện. Trong trường hợp này không khí là vật không dẫn điện.
Sự tách ly điện tích tạo nên sự khác biệt điện tích (khác biệt điện thế) giữa bàn tay và nắm cửa kim loại. Điện áp tác dụng chung với bàn tay (vật dẫn điện) - không khí (vật không dẫn điện) - nắm cửa (vật dẫn điện) một điện trường. Ta nhận thấy tác dụng điện trường này khi các hạt mang điện tích Q được lực F từ điện trường mang từ bàn tay đến nắm cửa. Chúng ta cảm nhận như có “tia lửa điện”.
Lực từ điện trưởng dựa vào lượng điện tích Q tăng theo tỉ lệ thuận với điện trường (Hình 3).
E=F/Q

Lực F, do điện trường tác động lên một điện tích Q, làm dịch chuyển điện tích này một đoạn đường s. Trong thí dụ đã nêu, đó là chiều dài khoảng (khe) không khí từ bàn tay đến nắm cửa. Trong cơ học, chúng ta đã biết liên hệ giữa lực F, đoạn đường s và công W:
W=F.s
từ đó ta có Q=W/s
Chúng ta tìm hiểu hiện tượng điện áp u và công thức của nó. Điện áp là công làm tách ly điện tích VVcho từng điện tích Q:
U=W/Q
từ đó ta có: Q=W/U
Bây giờ ta có thể đưa vào công thức đã biết:
E=F/Q
E=U/s
[E] =V/m
Nguyên nhân của trường tĩnh điện (tạm thời, cố định) là điện áp U
Chú thích:
Câu hỏi đặt ra tại sao với sự phóng tĩnh điện phát ra từ cường độ điện trường rất lớn nhưng có thể không gây hại cho con người. Nhiều thí nghiệm cho thấy với sự phóng điện như trên kèm theo điện áp rất lớn nhưng dòng điện lại rất nhỏ. Vì thời gian phóng điện rất ngắn, ta có thể tính năng lượng biến đổi. Năng lượng tác dụng lên cơ thể con người rất nhỏ.
Sự phóng tĩnh điện (ESD electrostatic discharge)
■ Linh kiện và thiết bị điện tử cần được bảo vệ tránh hư hỏng với băng bảo vệ phóng điện do tĩnh điện, giày đặc biệt...(xem chương 9.3.9)
■ Tác dụng của các hiện tượng điện trên cơ thể con người luôn tùy thuộc vào các đại lượng điện cũng như đại lượng vật lý và nhiều lúc không lường trước được. Trường hợp xấu nhất có thể dẫn đến tử vong.
Chúng ta xem xét một lần nữa hai mặt dẫn điện phẳng ngăn cách bởi một vật không dẫn điện, thí dụ không khí (Hình 1). Khi trên một cực (mặt dẫn điện mang điện âm) được nạp electron, ở điện cực kia (mặt dẫn điện mang điện dương) sẽ có cùng một số electron bị lấy đi. Thông lượng điện tích dịch chuyển (độ cảm ứng điện) trong vật không dẫn điện nằm giữa hai mặt dẫn điện tỉ lệ với lượng điện tích Q trên các điện cực (dân điện).
Diện tích điện cực càng nhỏ, mật độ điện tích với cùng thông lượng điện dịch càng lớn. Ta có định nghĩa mật độ thông lượng điện dịch:
D=Q/A

Vật không dẫn điện khác nhau, như vật liệu cách điện giữa vạt dẫn điện, tạo ành hưởng khác nhau đến độ lớn của điện trường.
Để mô tả sự liên hệ này, chúng ta khảo sát tỷ số của mật độ thông lượng điện dịch đối với cường độ điện trường. Hình 2 trình bày đường biểu diễn của cường độ điện trường và đó cũng là đường biểu diễn cùa thông lượng điện dịch giữa hai vật dẫn điện. Người ta đặt tên thương số này bằng mẫu tự Hy Lạp ε (epsilon):