WorksheetsCHƯƠNG 6. VẬT DẪN VÀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG
Total questions: 60
Worksheet time: 30mins
Trong kỹ thuật an toàn điện, người ta sử dụng lồng Faraday (lưới kim loại bao quanh thiết bị). Dựa trên điều kiện cân bằng tĩnh điện, tại sao người ngồi trong ô tô lại an toàn khi bị sét đánh?
Vì điện trường bên trong vật dẫn rỗng cân bằng tĩnh điện luôn bằng không, bảo vệ người bên trong.
Vì lớp xe cao su là chất cách điện tốt ngăn cản dòng điện từ sét truyền xuống đất.
Vì kim loại phản xạ các sóng điện từ của tia sét ra ngoài không gian xung quanh xe.
Vì dòng điện sét có tần số rất cao nên chỉ di chuyển trên bề mặt ngoài của xe.
Tại sao các đầu thu lôi trong xây dựng luôn được thiết kế vuốt nhọn ở đỉnh thay vì làm dạng hình cầu tù?
Để tạo ra từ trường mạnh tại đầu nhọn giúp bẻ cong quỹ đạo của tia sét xuống đất.
Để giảm thiểu điện trở tiếp xúc với không khí, giúp dòng điện sét đi qua dễ dàng hơn.
Để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với mây dông, thu hút được nhiều điện tích hơn.
Để tận dụng hiệu ứng mũi nhọn, nơi mật độ điện tích lớn làm ion hóa không khí mạnh.
Khi một vật dẫn cô lập được tích điện và đạt trạng thái cân bằng, điện thế tại các điểm khác nhau trên vật dẫn có đặc điểm gì?
Điện thế giảm dần từ tâm vật dẫn ra đến bề mặt theo quy luật tỉ lệ nghịch.
Điện thế tại mọi điểm bên trong và trên bề mặt vật dẫn đều bằng nhau (vật đẳng thế).
Điện thế tập trung cao nhất ở bề mặt và bằng không tại tâm của vật dẫn đó.
Điện thế phụ thuộc vào mật độ điện tích khối, nơi nào mật độ lớn thì điện thế cao.
Trong các vi mạch điện tử, hiện tượng "điện hưởng toàn phần" được ứng dụng để chế tạo tụ điện. Điều kiện để xảy ra điện hưởng toàn phần giữa hai vật dẫn là gì?
Hai vật dẫn phải được nối với nhau bằng một dây dẫn điện để cân bằng điện thế.
Hai vật dẫn phải đặt rất xa nhau để đường sức điện trường không bị cong đi nơi khác.
Vật dẫn này phải bao bọc hoàn toàn vật dẫn kia để hưởng toàn bộ đường sức điện.
Vật dẫn mang điện phải có diện tích rất lớn so với vật dẫn chịu hưởng ứng điện.
Vector cường độ điện trường tại một điểm ngay sát bề mặt ngoài của một vật dẫn cân bằng tính điện luôn có phương như thế nào?
Hướng vào tâm của vật dẫn nếu vật tích điện dương do lực hút tính điện với tâm vật.
Song song với bề mặt vật dẫn, do sự đẩy nhau của các điện tích cùng dấu trên bề mặt.
Vuông góc với bề mặt vật dẫn tại điểm đó, vì thành phần tiếp tuyến của điện trường bị triệt tiêu.
Phụ thuộc vào hình dạng vật dẫn, có thể tạo một góc nhọn bất kỳ với pháp tuyến bề mặt.
Phương pháp "Ảnh điện" (Image Method) thường được dùng để tính toán trường tĩnh điện của đường dây cao thế so với mặt đất. Bản chất của phương pháp này là gì?
Tạo ra một điện trường đối kháng để triệt tiêu hoàn toàn điện trường tại bề mặt vật dẫn.
Sử dụng tính chất phản xạ ánh sáng của gương phẳng để mô phỏng đường đi của tia điện.
Thay thế mặt dẫn đẳng thế bằng một điện tích "ảnh" ảo đối xứng để đảm bảo điều kiện biên.
Coi mặt đất là một thấu kính hội tụ làm tập trung các đường sức điện trường tại ảnh.
Điện dung của một tụ điện phẳng phụ thuộc vào những yếu tố nào dưới đây (dựa trên công thức cấu tạo)?
Diện tích bản tụ và khoảng cách giữa hai bản tụ.
Loại vật liệu cách điện giữa hai bản tụ.
Hình dạng của bản tụ.
Tất cả các yếu tố trên.
Câu 8: Trong các tụ điện hóa (tụ điện phân) dùng trong mạch lọc nguồn, tại sao lớp oxit nhôm (Al₂O₃) lại đóng vai trò quan trọng giúp tụ có điện dung rất lớn?
A. Vì lớp này có độ dẫn điện cao, giúp dòng điện đi qua dễ dàng để tích trữ năng lượng nhanh.
B. Vì lớp này rất mỏng, làm giảm khoảng cách giữa hai bản tụ, tăng điện dung theo công thức tụ phẳng.
C. Vì lớp oxit nhôm có khả năng sinh ra các ion tự do làm tăng mật độ điện tích mặt.
D. Vì lớp này ngăn cản sự bay hơi của dung dịch điện phân, giữ cho điện dung ổn định lâu dài.
Năng lượng của một tụ điện đã tích điện thực chất được định xứ (tồn tại) ở đâu?
Phân bố đều trong toàn bộ thể tích khối kim loại của hai bản cực tụ điện nói trên.
Định xứ tập trung hoàn toàn trên bề mặt các bản cực kim loại nơi chứa các điện tích.
Nằm trong các dây dẫn nối tụ điện với nguồn do dòng điện nạp tạo ra năng lượng từ.
Định xứ trong toàn bộ khoảng không gian có điện trường giữa hai bản cực của tụ điện đó.
Một cáp đồng trục dẫn tín hiệu có cấu tạo gồm lõi và vỏ kim loại đồng trục. Hệ thống này được coi là một tụ điện trụ. Điện dung của nó phụ thuộc vào bán kính như thế nào?
Tỉ lệ thuận với chiều dài cáp và tỉ lệ nghịch với logarit tự nhiên của tỉ số bán kính.
Tỉ lệ thuận với diện tích đối diện hai bản và hằng số điện môi, tỉ lệ nghịch với khoảng cách.
Tỉ lệ thuận với diện tích tích trữ trên bản tụ và tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế đặt vào.
Phụ thuộc vào vật liệu làm bản cực kim loại và nhiệt độ môi trường hoạt động của tụ điện đó.
Khái niệm "hiệu điện thế đánh thủng" của tụ điện có ý nghĩa kỹ thuật gì quan trọng trong việc lựa chọn linh kiện?
Là giá trị điện áp mà tại đó điện dung của tụ đạt giá trị cực đại theo thiết kế.
Là điện áp tối thiểu cần thiết để tụ điện bắt đầu tích trữ năng lượng vào lớp điện môi.
Là giới hạn hiệu điện thế lớn nhất đặt vào tụ để lớp điện môi không bị phá hủy dẫn điện.
Là điện áp làm nóng chảy hai bản cực kim loại do dòng điện rò rỉ qua tụ quá lớn.
Tại sao tụ điện biến đổi (tụ xoay) trong các máy thu thanh cũ có thể thay đổi điện dung khi xoay núm vặn?
Do thay đổi diện tích đối điện phần hiệu dụng giữa các bản cực động và các bản cực tĩnh.
Do thay đổi khoảng cách giữa các bản tụ nhờ cơ cấu trục vít làm nén ép lớp cách điện.
Do thay đổi hằng số điện môi của không khí giữa các bản tụ thông qua việc nén khí lại.
Do làm thay đổi điện tích tích trữ trên tụ nhờ lực ma sát tĩnh điện khi xoay trục máy.
Mật độ năng lượng điện trường (wₑ) tại một điểm tỉ lệ với đại lượng nào sau đây?
Tỉ lệ thuận với bình phương cường độ điện trường tại điểm đó và hằng số điện môi môi trường.
Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điểm đó đến nguồn điện tích sinh ra điện trường tĩnh.
Tỉ lệ thuận với hiệu điện thế tại điểm đó so với mốc thế năng ở vô cùng xa.
Hệ số điện hưởng Cik (i ≠ k) giữa các vật dẫn trong một hệ vật dẫn tích điện cân bằng luôn có giá trị như thế nào?
Luôn có giá trị dương, biểu thị khả năng tích trữ năng lượng tương hỗ giữa các vật dẫn đó.
Luôn có giá trị âm hoặc bằng không, phản ánh sự ảnh hưởng qua lại giữa các vật dẫn tích điện.
Bằng không nếu các vật dẫn đặt trong chân không vì không có môi trường truyền tương tác điện.
Có thể âm hoặc dương tùy thuộc vào dấu của điện tích trên các vật dẫn trong hệ thống đó.
Trong thí nghiệm lồng Faraday, nếu ta chạm một quả cầu tích điện vào mặt trong của một vật dẫn rỗng (đang trung hòa), điện tích sẽ di chuyển như thế nào?
Điện tích sẽ chia đều cho quả cầu và vật dẫn rỗng để cân bằng điện thế giữa hai vật.
Toàn bộ điện tích từ quả cầu sẽ truyền hết ra mặt ngoài của vật dẫn rỗng, quả cầu mất điện.
Điện tích sẽ tập trung ở mặt trong của vật dẫn rỗng để giữ cân bằng với quả cầu bên trong.
Không có sự di chuyển điện tích vì bên trong vật dẫn rỗng điện trường bằng không nên không có lực.
Tại sao vỏ của các thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc cáp tín hiệu thường được nối đất (tiếp địa)?
Để cung cấp thêm các electron tự do từ đất lên giúp thiết bị hoạt động ổn định và mạnh hơn.
Để triệt tiêu toàn bộ từ trường Trái Đất ảnh hưởng lên các linh kiện điện tử nhạy cảm bên trong.
Để tăng cường độ bền cơ học cho thiết bị và tản nhiệt tốt hơn xuống mặt đất khi hoạt động.
Công thức tính năng lượng W = của tụ điện cho thấy ý nghĩa gì về việc tích trữ năng lượng?
Năng lượng phụ thuộc tuyến tính vào điện tích, nên nạp càng nhiều điện tích thì năng lượng tăng tỉ lệ thuận.
Năng lượng tỉ lệ nghịch với điện dung, do đó tụ càng nhỏ thì năng lượng tích trữ được càng lớn.
Năng lượng tỉ lệ với bình phương hiệu điện thế, nên tăng điện áp hiệu quả hơn nhiều so với tăng điện dung.
Năng lượng này là năng lượng nhiệt toả ra trên dây dẫn khi nạp điện cho tụ từ nguồn điện.
Tại sao tụ điện điện phân (tụ hóa) bắt buộc phải mắc đúng cực (dương nối dương, âm nối âm)?
Vì các bản cực được làm từ vật liệu từ tính, nếu mắc ngược sẽ sinh ra lực đẩy làm vỡ tụ.
Nếu mắc ngược, dòng điện sẽ phá hủy lớp điện môi oxit mỏng, gây ngắn mạch và làm hỏng tụ điện.
Vì dung dịch điện phân sẽ bị bay hơi ngay lập tức do phản ứng hóa học sinh nhiệt quá lớn.
Vì điện dung sẽ giảm về không do các ion trong dung dịch bị trung hòa hết bởi dòng điện ngược.
Định lý Ôxtrôgratxki-Gaox áp dụng cho một mặt kín nằm hoàn toàn trong lòng một vật dẫn cân bằng tĩnh điện cho kết quả gì?
A. Tổng đại số các điện tích bên trong mặt kín đó bằng không, chứng tỏ không có điện tích khối dư.
B. Thông lượng điện trường qua mặt kín đó rất lớn do vật dẫn chứa nhiều electron tự do chuyển động.
C. Tổng điện tích bằng điện tích trên bề mặt chia cho hằng số điện môi của vật liệu làm vật dẫn.
Hệ thức q₁ = C₁₁V₁ + C₁₂V₂ + ... mô tả tính chất gì của hệ vật dẫn?
Định luật bảo toàn điện tích, tổng điện tích của các vật dẫn luôn bằng tổng điện thế nhân với điện dung.
Sự phụ thuộc tuyến tính giữa điện tích và điện thế của các vật dẫn trong hệ do tương tác điện hưởng.
Sự phân bố lại điện tích sao cho năng lượng toàn phần của hệ thống vật dẫn đạt giá trị cực đại.
Nguyên lý chồng chất từ trường, trong đó điện tích sinh ra dòng điện cảm ứng lên các vật dẫn lân cận.
Một quả cầu kim loại cô lập bán kính R = 9 cm đặt trong không khí. Tính điện dung của quả cầu này. (Cho k = 9 · 10⁹ N·m²/C²).
10 pF.
1 pF.
90 pF.
9 pF.
Một tụ điện phẳng không khí có diện tích mỗi bản S = 200 cm², khoảng cách giữa hai bản d = 2 mm. Tính điện dung của tụ điện. (Cho ε₀ = 8.85 · 10⁻¹² F/m).
8.85 pF.
88.5 pF.
17.7 pF.
44.2 pF.
Trong kỹ thuật cao áp, người ta tích điện cho một quả cầu kim loại bán kính 10 cm đến điện thế 3000 V. Tính điện tích tích lũy trên quả cầu.
3 · 10⁻⁵ C.
3 · 10⁻⁷ C.
3.33 · 10⁻⁸ C.
9 · 10⁻⁶ C.
Một tụ điện có điện dung C = 10 μF được nối vào nguồn điện một chiều U = 20 V. Năng lượng điện trường tích trữ trong tụ là bao nhiêu?
2 · 10⁻³ J.
1 · 10⁻³ J.
4 · 10⁻³ J.
2 · 10⁻⁴ J.
Giữa hai bản của tụ điện phẳng cách nhau 2 cm có một điện trường đều với cường độ E = 3 · 10⁵ V/m. Tính mật độ năng lượng điện trường tại điểm giữa hai bản (trong không khí).
0.4 J/m³.
0.8 J/m³.
1.33 J/m³.
0.2 J/m³.
Một cáp đồng trục (tụ điện trụ) dài L = 10 m, bán kính lõi R₁ = 1 mm, bán kính vỏ R₂ = 2.72 mm. Lớp cách điện là không khí. Tính điện dung của đoạn cáp này. (Lấy ln(2.72) ≈ 1).
1112 pF.
278 pF.
556 pF.
139 pF.
Một tụ điện phẳng không khí có điện dung C₀. Nếu nhúng chìm hoàn toàn tụ điện này vào trong dầu hóa (hằng số điện môi ε = 2.1) thì điện dung mới sẽ là bao nhiêu?
Điện dung giảm còn C₀/2.1.
Điện dung tăng thành 2.1C₀.
Điện dung tăng thành 4.41C₀.
Điện dung không đổi vẫn là C₀.
Để tụ điện không bị đánh thủng, cường độ điện trường không được vượt quá 3 · 10⁶ V/m. Với lớp điện môi dày 0.5 mm, hiệu điện thế tối đa đặt vào tụ là bao nhiêu?
1.5 · 10⁹ V.
6000 V.
150 V.
1500 V.
Hai tụ điện có điện dung C₁ = 2 μF và C₂ = 3 μF mắc song song. Điện dung tương đương của bộ tụ này là bao nhiêu?
5 μF.
1.2 μF.
6 μF.
2.5 μF.
Một tụ điện phẳng đã tích điện và ngắt khỏi nguồn. Nếu tăng khoảng cách giữa hai bản tụ lên gấp đôi thì năng lượng điện trường tụ sẽ thay đổi thế nào?
Năng lượng giảm đi 2 lần.
Năng lượng tăng lên gấp 2 lần.
Năng lượng không thay đổi.
Năng lượng tăng lên gấp 4 lần.
Một màng tế bào sinh học dày 8 nm, hiệu điện thế giữa hai mặt màng là 80 mV. Cường độ điện trường trung bình trong màng là bao nhiêu?
6.4 · 10⁵ V/m.
10⁴ V/m.
10⁷ V/m.
10 V/m.
Trái Đất được coi là một quả cầu dẫn điện bán kính R = 6400 km. Tính điện dung của Trái Đất khi đặt trong không gian (chân không).
6400 F.
711 F.
711 pF.
711 μF.
Một tụ điện phẳng có điện tích Q = 2 · 10⁻⁹ C và cường độ điện trường giữa hai bản là E = 4000 V/m. Tính lực hút tĩnh điện giữa hai bản tụ.
2 · 10⁻⁶ N.
8 · 10⁻⁶ N.
4 · 10⁻⁶ N.
16 · 10⁻⁶ N.
Hai quả cầu kim loại nhỏ tích điện q₁ = 2 nC và q₂ = 4 nC đặt cách xa nhau. Nếu nối chúng bằng một dây dẫn mảnh, điện tích tổng cộng 6 nC sẽ phân bố thế nào?
Phân bố đều, mỗi quả cầu sẽ mang điện tích là 3 nC.
Phân bố tỉ lệ thuận với bán kính (điện dung) của từng quả cầu.
Phân bố tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt của từng quả cầu.
Toàn bộ điện tích sẽ dồn về quả cầu có bán kính lớn hơn.
Một tụ xoay (dùng trong máy thu thanh) có điện dung biến thiên từ 10 pF đến 500 pF. Nếu hiệu điện thế đặt vào là 10 V, độ biến thiên điện tích tối đa là bao nhiêu?
4.9 μC.
5.1 nC.
49 nC.
4.9 nC.
Một hạt bụi tích điện nằm cân bằng giữa hai bản tụ điện phẳng đặt nằm ngang. Biết U = 100 V, d = 1 cm, khối lượng hạt bụi m = 10⁻¹³ kg. Tính điện tích hạt bụi. (Lấy g = 10 m/s²).
10⁻¹⁶ C.
10⁻¹⁴ C.
10⁻¹⁵ C.
10⁻¹³ C.
Ba tụ điện giống nhau có C = 3 μF mắc nối tiếp. Điện dung của bộ tụ là:
9 μF.
1 μF.
3 μF.
0.33 μF.
Một tụ điện phẳng có năng lượng W khi nối với nguồn U. Nếu giữ nguyên nguồn và đưa vào giữa hai bản một tấm thủy tinh thì năng lượng sẽ là:
10 mJ.
50 mJ.
2 mJ.
250 mJ.
Tính điện thế gây ra bởi một quả cầu kim loại bán kính R = 5 cm, tích điện Q = 10⁻⁹ C tại tâm của quả cầu đó.
180 V.
0 V.
3600 V.
900 V.
Hệ số điện hưởng C₁₂ giữa hai vật dẫn trong một hệ cô lập có giá trị -2 pF. Nếu điện thế vật 2 tăng thêm 10 V (giữ nguyên vật 1) thì điện tích cảm ứng lên vật 1 thay đổi bao nhiêu?
Điện tích vật 1 không thay đổi.
Điện tích vật 1 tăng thêm 20 pC.
Điện tích vật 1 giảm đi 2 pC.
Điện tích vật 1 giảm đi 20 pC.
Tại sao người ta nói vật dẫn rỗng (như vỏ máy bay, ô tô) hoạt động như một "Màn điện" (lồng Faraday) bảo vệ tuyệt đối không gian bên trong khỏi tác động của điện trường ngoài?
Vì vật dẫn rỗng có điện trở suất vô cùng nhỏ, làm ngắn mạch mọi đường sức điện trường cố gắng xuyên qua vỏ bọc.
Vì các điện tích cảm ứng sinh ra trên mặt ngoài tạo ra một điện trường phụ bên trong triệt tiêu hoàn toàn điện trường ngoài.
Vì lớp vỏ kim loại phản xạ toàn bộ sóng điện từ tới bề mặt, ngăn cản năng lượng điện trường thâm nhập vào bên trong.
Vì điện tích bên ngoài bị lớp vỏ hấp thụ hoàn toàn và chuyển hóa thành nhiệt năng, không còn khả năng gây ra điện trường.
Khi xe bồn chở xăng dầu di chuyển, người ta thường thả một sợi xích kim loại nối từ bồn xe xuống mặt đường. Biện pháp này dựa trên nguyên lý vật lý nào để đảm bảo an toàn cháy nổ?
Nối đất để trung hòa các điện tích sinh ra do ma sát giữa xăng và thành bồn, giữ điện thế bồn xe luôn bằng không.
Tăng điện dung của hệ thống bồn xe so với mặt đất, giúp tích trữ được nhiều điện tích hơn mà không gây phóng điện tia lửa.
Tạo ra một lồng Faraday kín bao quanh bồn xe, ngăn chặn các tia lửa điện từ môi trường bên ngoài kích nổ hơi xăng dầu.
Sử dụng hiệu ứng mũi nhọn tại các mặt xích để phóng điện tích dư thừa vào không khí một cách từ từ và an toàn.
Tại sao trong các thiết bị cao thế, các bộ phận kim loại tích điện thường được làm có hình cầu hoặc bo tròn, tránh các góc cạnh sắc nhọn?
Để phân bố lại các đường sức điện trường song song đều nhau, ngăn cản sự hình thành các dòng điện xoáy Foucault gây nóng thiết bị.
Để giảm thiểu điện tích bề mặt tiếp xúc với không khí, hạn chế sự oxy hóa kim loại làm giảm khả năng dẫn điện của thiết bị.
Để tăng điện dung của vật dẫn lên mức tối đa, giúp thiết bị hoạt động ổn định hơn dưới tác động của điện áp cao thế.
Khi đưa một thanh kim loại trung hòa điện lại gần một quả cầu tích điện dương (không chạm), điện thế của quả cầu sẽ thay đổi như thế nào và tại sao?
Không đổi, vì điện tích trên quả cầu được bảo toàn và thanh kim loại trung hòa về điện nên không đóng góp vào điện thế chung.
Tăng lên, vì sự hiện diện của thanh kim loại làm nén các đường sức điện, làm tăng mật độ năng lượng và điện thế hệ thống.
Giảm xuống, vì các điện tích cảm ứng âm trên thanh kim loại tạo ra điện thế âm tại vị trí quả cầu, làm giảm tổng thế.
Giảm xuống, vì một phần điện tích dương từ quả cầu sẽ di chuyển sang thanh kim loại qua không khí để cân bằng lại hệ thống.
Bản chất vật lý của "năng lượng điện trường" trong một tụ điện phẳng tích điện được giải thích như thế nào theo quan điểm trường gần?
Năng lượng được sinh ra do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phân tử điện môi phân cực dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Năng lượng nằm tập trung hoàn toàn trên bề mặt các bản cực kim loại, nơi cư trú của các hạt tải điện tạo ra thế năng.
Năng lượng là công cơ học tiềm tàng được lưu trữ trong lực tương tác Coulomb hút nhau giữa các điện tích trái dấu trên hai bản tụ.
Năng lượng được định xứ trong khoảng không gian giữa hai bản tụ, nơi tồn tại điện trường, với mật độ tỉ lệ với bình phương cường độ.
Trong các tụ điện điện phân (tụ hóa), tại sao bắt buộc phải mắc đúng cực tính (dương nối dương, âm nối âm) vào mạch điện một chiều?
Vì dung dịch điện phân bên trong tụ sẽ bị bay hơi nhanh chóng do hiệu ứng nhiệt Joule khi dòng điện đi theo chiều ngược lại.
Vì bản cực âm được làm bằng vật liệu đặc biệt có điện trở suất rất lớn, nếu mắc ngược sẽ làm cản trở dòng điện nạp.
Vì nếu mắc ngược, quá trình điện phân xảy ra ngược chiều sẽ phá hủy lớp oxit cách điện mỏng, gây ngắn mạch và nổ tụ.
Một người thợ điện chạm tay vào vỏ kim loại của một thiết bị điện bị rò rỉ. Nếu người đó đứng trên ghế cách điện tốt, hiện tượng gì xảy ra?
Người đó sẽ bị giật mạnh vì cơ thể người là vật dẫn điện, tích trữ một lượng điện tích lớn tạo ra dòng điện nạp.
Người đó sẽ có cùng điện thế với vỏ thiết bị nhưng không bị giật vì không có dòng điện kín chạy qua cơ thể xuống đất.
Điện thế của người đó vẫn bằng không do không tiếp đất, nhưng tóc sẽ dựng đứng lên do hiệu ứng đẩy tĩnh điện các sợi tóc.
Toàn bộ điện tích rò rỉ sẽ chuyển sang người thợ, làm vỏ thiết bị trung hòa điện và người thợ trở thành vật mang điện tích.
Ứng dụng của phương pháp "Ảnh điện" trong việc tính toán điện dung của đường dây tải điện cao thế so với mặt đất dựa trên giả thuyết nào?
Mặt đất được coi là một mặt phẳng dẫn điện rộng vô hạn có điện thế bằng không, tạo ra ảnh điện đối xứng qua mặt đất.
Mặt đất hoạt động như một thấu kính tĩnh điện, hội tụ các đường sức điện trường từ dây dẫn về một điểm ảnh nằm sâu dưới đất.
Điện tích của dây dẫn bị mặt đất hấp thụ một nửa, phần còn lại tạo ra một ảnh điện ảo nằm phía trên dây dẫn.
Đường dây tải điện và mặt đất tạo thành một tụ điện phẳng khổng lồ với khoảng cách giữa hai bản là độ cao của dây.
Khi nạp điện cho một tụ điện phẳng rồi ngắt khỏi nguồn, sau đó kéo xa hai bản tụ ra. Tại sao năng lượng điện trường trong tụ lại tăng lên?
Vì thể tích không gian chứa điện trường tăng lên, nên mật độ năng lượng giảm xuống nhưng tổng năng lượng tích lũy lại lớn hơn trước.
Vì khoảng cách tăng làm giảm điện dung, để giữ nguyên điện tích thì hiệu điện thế phải giảm, dẫn đến năng lượng toàn phần tăng lên.
Vì công cơ học của ngoại lực dùng để thắng lực hút tĩnh điện giữa hai bản tụ đã chuyển hóa thành năng lượng điện trường.
Tại sao điện dung của một vật dẫn cô lập (như quả cầu kim loại) lại phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của nó mà không phụ thuộc vào vật liệu?
A. Vì hằng số điện môi của kim loại làm vật dẫn luôn bằng vô cùng, nên bản chất kim loại bị triệt tiêu trong công thức điện dung.
B. Vì vật liệu chỉ quyết định độ bền cơ học, còn khả năng tích điện phụ thuộc vào số lượng electron tự do có trong vật dẫn.
C. Vì điện trở suất của vật liệu ảnh hưởng đến tốc độ nạp điện, nhưng không ảnh hưởng đến lượng điện tích cuối cùng tích trữ được.
D. Vì điện dung đặc trưng cho khả năng hình học trong việc phân bố điện tích để tạo ra một mức điện thế nhất định trên bề mặt.
Trong kỹ thuật vô tuyến, tụ xoay (variable capacitor) thay đổi điện dung dựa trên cơ chế vật lý nào?
Thay đổi điện tích đối diện hiệu dụng giữa các bản cực động (roto) và bản cực tĩnh (stato) khi xoay trục.
Thay đổi khoảng cách giữa các bản tụ bằng cơ cấu trục vít vi chỉnh để tăng giảm độ dày lớp không khí.
Thay đổi hằng số điện môi của lớp cách điện bằng cách nén ép vật liệu chèn giữa hai bản tụ điện.
Thay đổi chiều dài đường đi của dòng điện trên các bản tụ hình xoắn ốc để làm thay đổi điện cảm kháng.
Điều kiện biên của vector cảm ứng điện D và vector cường độ điện trường E khi đi từ môi trường điện môi ra mặt vật dẫn tích điện là gì?
Vector D tiếp tuyến với mặt vật dẫn để bảo toàn dòng điện, còn E vuông góc với mặt vật dẫn do tính chất thế.
Vector D và E đều vuông góc với mặt vật dẫn, độ lớn D bằng mật độ điện mặt σ tại điểm đó.
Vector D bị gián đoạn và bằng không tại bề mặt, trong khi vector E liên tục xuyên qua bề mặt vào bên trong.
Tại sao khi ghép nối tiếp các tụ điện, điện dung tương đương của bộ tụ lại luôn nhỏ hơn điện dung thành phần nhỏ nhất?
Vì hiệu điện thế tổng được chia nhỏ cho các tụ, làm giảm khả năng tích điện của hệ thống ở cùng một mức điện áp nguồn.
Vì khoảng cách hiệu dụng giữa hai bản cực ngoài cùng tăng lên, tương đương với một tụ điện có lớp điện môi dày hơn rất nhiều.
Vì điện tích trên các tụ bị triệt tiêu lẫn nhau tại các điểm nối tiếp, làm giảm tổng lượng điện tích tích trữ của bộ tụ.
Vì dòng điện nạp phải đi qua nhiều lớp điện trở của các bản tụ, làm suy hao năng lượng và giảm khả năng tích dung.
Năng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm có thể nhận giá trị âm. Điều này có ý nghĩa vật lý gì?
Hệ điện tích không tồn tại trong thực tế vì năng lượng âm vi phạm nguyên lý bảo toàn năng lượng của vũ trụ.
Hệ điện tích là một hệ bền vững, lực tương tác chủ yếu là lực hút, cần tốn công ngoại lực để tách rời các điện tích ra xa vô cùng.
Các điện tích trong hệ đều là điện tích âm nên tích số các điện tích mang dấu dương, nhưng công thực hiện là âm.
Hệ đang ở trạng thái kích thích cao, tự động phát ra năng lượng để trở về trạng thái có năng lượng dương cân bằng.
Trong cáp đồng trục (coaxial cable), tại sao điện trường chỉ tồn tại trong lớp cách điện giữa lõi và vỏ mà không lan truyền ra ngoài?
Vì lớp nhựa cách điện có hằng số điện môi rất lớn, giữ chặt toàn bộ đường sức điện trường bên trong cấu trúc vật liệu.
Vì dòng điện chạy trong lõi và vỏ ngược chiều nhau nên triệt tiêu toàn bộ từ trường và điện trường ở không gian bên ngoài.
Vì vỏ cáp nối đất đóng vai trò là màn điện chặn hoàn toàn điện trường của lõi, đảm bảo hiện tượng điện hưởng toàn phần.
Tại sao mật độ điện tích mặt (σ) lại tỉ lệ nghịch với bán kính cong của bề mặt vật dẫn (tại sao σ lớn ở mũi nhọn)?
Vì các ion trong kim loại có xu hướng di chuyển về phía các đỉnh nhọn do cấu trúc mạng tinh thể tại đó bị biến dạng mạnh nhất.
Vì tại nơi có độ cong lớn, điện tích bề mặt nhỏ nên các điện tích bị nén lại với nhau do áp suất của khí quyển bên ngoài.
Vì vật dẫn là khối đẳng thế, để duy trì cùng một điện thế V, nơi có bán kính R nhỏ phải có mật độ điện tích lớn hơn (V ~ σR → σ ~ 1/R).
Vì các thành phần tiếp tuyến của lực đẩy Coulomb dồn các điện tích về phía có độ cong lớn để đạt trạng thái thế năng cực tiểu toàn cục.
Tụ điện giấy (paper capacitor) được chế tạo bằng cách cuộn hai lá kim loại với các lớp giấy tấm đầu. Việc cuộn lại có tác dụng gì ngoài việc thu gọn kích thước?
Tạo ra một hệ thống gồm nhiều tụ điện phẳng mắc song song, làm tăng điện tích đối điện hiệu dụng và tăng điện dung tổng.
Tạo ra hiệu ứng cuộn cảm, giúp tụ điện có khả năng lọc nhiều tần số cao tốt hơn nhờ tính chất từ cảm của cuộn dây.
Làm tăng độ bền cơ học của tụ điện và giảm sự bay hơi của chất điện môi lồng tấm trong giấy cách điện.
Giúp các đường sức điện trường chạy theo đường xoắn ốc, làm tăng chiều dài đường đi và giảm nguy cơ phóng điện bề mặt.
Định lý Oxtrogratzki-Gaox chứng minh rằng điện tích dư của một vật dẫn chỉ phân bố trên bề mặt. Điều này dựa trên tiền đề cốt lõi nào?
Vật dẫn có cấu trúc mạng tinh thể ngăn cản các điện tích thâm nhập sâu vào bên trong lòng vật liệu kim loại.
Lực đẩy giữa các điện tích cùng dấu là lớn nhất, đẩy chúng ra xa nhau nhất có thể về phía biên của vật dẫn.
Cường độ điện trường bên trong vật dẫn cân bằng tính điện luôn bằng không do sự chuyển dịch của các hạt tải điện tự do.
Tại sao khi tính điện dung của một vật dẫn cô lập (ví dụ quả cầu), ta lại coi bản cực thứ hai của "tụ điện" nằm ở vô cực?
Vì hằng số điện môi của chân không tại vô cực là chuẩn mực để tính toán chính xác giá trị điện dung tuyệt đối.
Vì không gian là vô tận nên các đường sức điện trường xuất phát từ vật dẫn sẽ đi mãi mãi không bao giờ dừng lại.
Vì ở vô cực không có điện tích nào khác, đảm bảo vật dẫn không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng điện hưởng ký sinh.
Vì tại vô cực điện thế được quy ước bằng không, tương đương với một vật dẫn nối đất bao quanh vật dẫn cô lập đó.
Hiệu ứng "gió điện" (electric wind) xảy ra ở các mũi nhọn tích điện mạnh là do cơ chế nào?
Sự giãn nở nhiệt đột ngột của không khí xung quanh mũi nhọn do năng lượng điện trường chuyển hóa thành nhiệt năng.
Các ion cùng dấu với mũi nhọn bị đẩy ra xa, kéo theo các phân tử khí trung hòa tạo thành dòng khí chuyển động.
Lực từ trường sinh ra bởi dòng điện rò qua mũi nhọn tác dụng lên các phân tử khí có cực làm chúng bay đi.
Sự bay hơi của các nguyên tử kim loại từ mũi nhọn dưới tác dụng của điện trường mạnh tạo thành dòng vật chất.
