Bai Giang LTT - Nguyen Viet Son - 22-11-2010

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Lý thuyết trường điện từ

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  • Gio vin: TS.

    mn: v Tin cng

    C1 - 108 - Bch Khoa H

    - 2010 -

  • 2

    Ti tham :

    1. l - Bnh Thnh , 1970.

    2. Electromagnetics -John D. Krauss - 4th edition, McGraw-Hill, 1991

    3. Electromagnetic fields and waves - Magdy F. Iskander, Prentice Hall, 1992.

    4. Electromagnetics - E.J. Rothwell, M.J. Cloud CRC Press, 2001.

    5. Engineering Electromagnetics - W.H. Hayt, J.A. Buck McGraw-Hill, 2007 (*).

    6. Fundamentals of Engineering electromagnetics - R. Bansal - CRC Press, 2006 (*)

    (*) http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/

    http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/http://mica.edu.vn/perso/Nguyen-Viet-Son/Ly-Thuyet-Truong/
  • 3

    dung trnh:

    1. tch vector

    2.

    3. Coulomb v

    4. , Gauss, dive

    5. v

    6. - mi - dung

    7. Cc trnh Poisson v Laplace.

    8.

    9. v

    10. thin v trnh Maxwell

    11. Sng

    12. v tn sng

    13. sng v

  • 4

    1: tch vector

    I. V v vector.

    II. Descartes.

    III. Tch v - Tch c .

    IV. .

    V. .

  • 5

    I. V v Vector.

    v : L cc 1 ( ,

    m).

    V : cch, gian, , , p , tch

    K : t, m, E, P,

    vector: L cc

    m) v trong khng gian (2 3 .

    V : gia

    K : A, B, E, H, (c thay )

    C 3 php m chnh xc 1 vector:

    Descartes.

    .

    .

    , , , ,...A B E H

  • 6

    3 vung gc nhau .

    Cc theo quy .

    A trong khng gian Descartes :

    Giao 3 .

    Xc xa, ya, za.

    P l vi c cc vi phn kch

    dx, dy, dz.

    tch vi : dV = dxdydz

    0

    x

    y

    z

    xa

    za z = za

    y = yax = xa

    x

    y

    z

    0

    dy

    dz

    dx

    dV = dxdydz

    P

  • 7

    Xt vector r trong Descartes:

    r = x + y + z

    x, y, z r

    Vector thnh x, y, z

    vo vector r.

    khng thay .

    Phn tch theo cc vector .

    x = xax ; y = yay ; z = zaz

    r = xax + yay + zaz = rxax + ryay + rzaz

    vector:

    Vector theo B:

    0

    x

    y

    z

    x

    z

    y

    r

    0

    x

    y

    z

    ax

    az

    ay2 2 2| | x y zB B BB

    2 2 2 | |B

    x y zB B B

    B Ba

    B

  • 8

    1. Tch v

    A . B = |A| |B| cos AB

    - |A|, |B|

    - AB A v B

    A . B = AxBx + AyBy + AzBz ; A . B = B . A

    A . A = A2 = |A|2 ; aA . aA = 1

    Xt vector B a B:

    B . a = |B| |a| cos Ba = |B| cos Ba

    (B . a) a B ln

    a

    a

    B

    Ba

    B . a

    B a

    a

    B

    Ba

    (B . a) a

    B

    a

  • 9

    1. Tch v

    G = yax 2.5xay + 3az

    .Tnh:

    a. G

    b. G aN

    c. G aN

    G(rQ) = 5ax 2,5.4.ay + 3az = 5ax 10ay + 3az

    12 2

    3N x y za a a a

    1 1(5 10 3 ) (2 2 ) (10 10 6) 2

    3 3N x y z x y zG a a a a a a a

    1( ) ( 2) (2 2 ) 1.333 0.667 1.333

    3N N x y z x y zG a a a a a a a a

  • 10

    2. Tch c

    A x B = aN |A| |B| sin AB

    N

    A x B = - (B x A)

    A

    BAB

    A B

    a a a

    A B

    x y z

    x y z

    x y z

    A A A

    B B B

    ax, ay, az x, y, z

    A = 2ax - 3ay + az ; B = -4ax - 2ay + 5az

    2 3 1 13 14 16

    4 2 5

    x y z

    x y z

    a a a

    A B a a a

  • 11

    gc gc

    hnh P ln .

    z cao P so

    gc.

    P( , , z)

    C P l :

    z = const

    cong = const.

    t sinh = const.

    Khng

  • 12

    IV. trn .

    Vector trong trn: a , a , az

    a : vector php = 1

    a : vector php = 1

    az : trong Descartes

    Tnh :

    a , a thay theo trong cc php

    hm, tch phn theo , cc vector

    a , a l hm .

    a x a = azcos

    sin

    x

    y

    z z

    2 2x y

    yarctg

    x

    z z

  • 13

    IV. trn .

    Xt vi c kch v cng c kch d , d , v dz

    dV = d d dz

    2 r.(h + r)

    .r2.h

  • 14

    V.

    Xy trn

    Descartes: P trong khng gian xc

    r cch P (tm .

    gc z

    P.

    gc x

    hnh P ln

    .

    C coi P trong khng gian l

    giao 3 :

    P(r, , )

  • 15

    V.

    Xy trn

    Descartes: P trong khng gian xc

    :

    r cch P (tm .

    gc z

    P.

    gc x

    hnh P ln

    .

  • 16

    V.

    Vector trong :

    ar: vector php

    P, c ra ngoi,

    trn hnh nn = const, v

    = const

    a : vector php nn,

    trong v

    P.

    a : trong trn.sin cos

    sin sin

    cos

    x r

    y r

    z r

  • 17

    V.

    Xt 1 vi c kch v cng :

    dV = r2 sin dr d d

    S = 4 .r2

    V = 4/3. . r3

  • 18

    VI. cng tch vector

    A A A

    Grad Ax y z

    x y za a a

    x y z

    Rotx y z

    A A A

    x y za a a

    A A AA A

    yx zAA A

    divx y z

    A A

    - divergence)- gradient)

    - rotationnel)

    2 2 2

    2 2 2divgrad

    x y z

    A A AA A

  • 19

    I.

    III.

    IV.

    -

  • 20

    I. Khi

    : l ,

    c trong quy qun tnh trong chn khng, n

    v qua tc khc l

    mi mang .

    Tnh : c tc ln cc

    c phn trong khng

    gian, .

    Tnh : tc ln cc mi (vd:

    lorenx) v lan tc .

  • 21

    I. Khi

    Trong quy c qun tnh, c hai tc

    ( Lorentz) mang ty theo cch

    trong .

    FE: Thay theo tr khng vo

    .

    FM: tc khi .

    F = FE + FM eBq

    FM

    v

    eE FEq

    cc Lorentz v

    chng l khi do

    xc trong quy .

  • 22

    II. Cc thng v mi mang

    xy m hnh Mi mang xc

    thng v m :

    thi: v thi v qu trnh

    tc cc thnh vin trong .

    hnh vi: tnh quy cc hnh vi

    trong qu trnh tc khc.

  • 23

    II. Cc thng v mi mang

    1. thi mang

    thi mang l tch q mang .

    tc tc .

    v mang chia lm 2 :

    mang tch m e = -1,6.10-19 (C).

    mang tch .

    v mang c tch khng n khng c

    tc .

  • 24

    II. Cc thng v mi mang

    2. thi

    a. Vector E:

    Xt mang tch dq, trong quy c qun

    tnh, dFE. Khi ta c ni ln mang c

    .

    Vector thi l thi v

    tc Lorenx ln mang trong

    : dFE = dqE

    [ ][ ]

    [ ]

    F N Nm VE

    q C Cm m

  • 25

    II. Cc thng v mi mang

    2. thi

    b. Vector B:

    Xt mang tch dq, trong quy c

    qun tnh, dFM. Khi ta c ni ln mang c

    .

    dFM theo eF, vung gc v mang v

    vung gc eB xc trong trong quy .

    Ta c:

    ( )d dq dqvBM v BF v B e e

    dldqv dq idl

    dt

    [T]d iBdlM v BF e e

  • 26

    II. Cc thng v mi mang

    3. Tnh E v B

    E v B l trong

    quy . thng qua E v B.

    E v B theo

    mang mang tnh .

    Lorenz 2 thnh :

    Khng :

    vo quy :

    ( )qE MF F F E v B

    qEF E

    ( )qMF v B

  • 27

    II. Cc thng v mi mang

    4. Quan tch q v Coulomb

    Coulomb l tc cc mang :

    tc 2 mang tch q1, q2, v

    cch chng.

    0

    Q1, Q2

    1 2

    2

    Q QF k

    r

    0

    1

    4k 12

    0 7 2

    18,854.10 /

    4 10F m

    c

  • 28

    II. Cc thng v mi mang

    4. Quan tch q v - Coulomb

    Xt 2 tch cng Q1 v Q2 trong chn

    khng, c xc vector r1 v r2.

    F2 trn tch Q2 c:

    : Cng vector R12

    Q1 v Q2.

    R12 = r2 r1

    : Cng vector R12.

    1 2

    2

    0 124

    Q Q

    R2 12F a

    a12 R12

    | | | |

    12 2 112

    12 2 1

    R r ra

    R r r

  • 29

    II. Cc thng v mi mang

    4. Quan tch q v - Coulomb

    V 1: Cho tch Q1 = 3.10-4 (C) A(1, 2, 3), v tch Q2 = -10

    -4 (C)

    B(2, 0, 5) trong chn khng. Tnh tc Q1 ln Q2.

    1 2

    2

    0 124

    Q Q

    R2 12F a

    2 1 (2 1) (0 2) (5 3) 2 2r r12 x y z x y zR a a a a a a

    2 2 2

    12

    12

    1 ( 2) 2 3

    1 2 2

    3 3 3

    R

    R

    1212 x y z

    Ra a a a

    4 4

    1 2

    0 12 2

    0 12

    3.10 ( 10 ) 1 2 2( )

    4 4 .8,854.10 .3 3 3 3

    Q Q

    R2 12 x y zF a a a a

    10 20 20 ( )N2 x y zF a a a

    1 2 230( )

    3 3 3x y za a a

  • 30

    III. tch

    Q1 Qt

    Q1 Qt

    1 1

    2 2

    0 1 0 14 4

    t

    t t t

    Q Q Q

    R Q R

    tt 1t 1t

    FF a a

    nguyn: V/m

    Vector: - R: Q

    - aR R

    2

    04

    Q

    RRE a

  • 31

    III. tch

    Q

    r:

    ar

    Q

    x, y, z)

    2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 204 ( )

    Q x y z

    x y z x y z x y z x y zx y zE a a a

    2

    04r

    Q

    rE a

  • 32

    III. tch

    Q

    ).

    P(x, y, z)

    3/22 3 2 2 20 0 0

    ( ') ( ') ( ')( )

    4 | | | | 4 | | 4 ( ') ( ') ( ')

    y zQ x x y y z zQ Q

    x x y y z z

    xa a ar r' r r'E

    r r' r r' r r'

    | |

    '

    | |

    R

    R

    r r'

    R r r r r'a

    r r'

  • 33

    III. tch

    Q1 v Q2 trong chn khng.

    P

    21 0

    ( )4 | |

    nk

    k

    Qk

    k

    E r ar r

    Q1

    Q2

    z

    x

    y

    r1

    r - r1

    r

    r2 r r2P a1

    a2

    E1

    E2E(r)

    1 21 22 2

    0 0 2

    ( )4 | | 4 | |

    Q Q

    1

    E r a ar r r r

  • 34

    III. tch

    V : Cho Q1 = 4.10-9C P1(3, -2, 1), Q2 = 3.10

    -9C P2(1, 0, -2), Q3

    = 2.10-9C P3(0, 2, 2), Q4 = 10-9C P4(-1, 0, 2). Tnh

    P(1, 1, 1).

    Trong :

    31 2 41 2 3 42 2 2 2

    0 0 2 0 3 0 4

    ( )4 | | 4 | | 4 | | 4 | |

    QQ Q Q

    1

    E r a a a ar r r r r r r r

    2 2

    1 1 1

    | | (2) 3 3,32

    ( ) ( ) ( ) 2 3 2 3

    | | 3,32 3,32

    x x y y z z1

    1 x y z x y 11 x y

    1

    r r

    r r a a a a a r ra a a

    r r| | 3,16 0,32 0.95

    | | 1,73 0,58 0,58 0,58

    | | 2,45 0,82 0,41 0,41

    2 2 y z

    3 3 x y z

    4 4 x y z

    r r a a a

    r r a a a a

    r r a a a a24,66 9,99 32,4x y zE a a a

  • 35

    IV. tch lin

    Xt vng khng gian cc mang .

    V : Khng gian v cathode phng

    trong tivi, mn hnh CRT...

    C coi phn cc mang l lin v c m phn

    hm tch (C/m3).

    tch trong khng gian tch V l:

    0limvv

    Q

    v

    v

    V

    Q dv

  • 36

    IV. tch lin

    V : Tnh tch chm hnh

    tch

    : p cng :

    tch trn:

    :

    510 35 /zv e C m

    56 105.10 . zvV V

    Q dV e dV

    dV d d dz

    50,04 0,012

    6 10

    0,02 0 0

    5.10 . zQ e d d dz

    5 50,04 0,01 0,04 0,012

    6 10 5 10

    0,02 0 0 0,02 0

    5.10 . 10z zQ d e d dz e d dz

    5 5

    0,040,01 0,04 0,01 0,01

    5 10 10 10 10 4000 1000

    0 0,02 0 00,02

    10 10 10z zQ d e dz e d e e d

  • 37

    IV. tch lin

    V : Tnh tch chm hnh

    tch

    :

    tch c gi l:

    510 25 /zv e C m

    0,014000 2000

    10

    0

    104000 2000

    e eQ

    10 1 110 0,07852000 4000 40

    Q pC

  • 38

    IV. tch lin

    r do tch Q gy ra tnh theo

    cng :

    Trong :

    r: vector E

    : vector tch ( )

    Tch phn trn l tch phn 3 l trong Descartes

    2 2 2

    0 0 04 | | | | 4 | | | | 4 | | | |

    v vQ Qr r' r r' r r'E(r)r r' r r' r r' r r' r r' r r'

    3

    0

    ( ) '( )

    4 | |

    v

    V

    dvr'E(r) r r'

    r r'

  • 39

    V. tch

    Xt tia trong phng cathode dy tch c bn

    knh . :

    Cc .

    qua sinh ra cc .

    Coi tia tch c tch L (C/m)

    Xt dy tch di v trn z E.

    ha tnh E tch :

    thay E theo cc : , , z

    E = E + E + Ez, thnh no tiu.

    0limLL

    Q

    L

  • 40

    V. tch

    thay E theo cc cc : , , z

    z = const

    = const

    = var

    z

    x

    y

    L z = var

    = const

    = const

    z

    x

    y

    L z = const

    = var

    = const

    var

    const

    z const constE var

    const

    z const

    const

    E

    var

    varz const

    const

    E

    z

    x

    y

    L

  • 41

    V. tch

    E = E + E + Ez, thnh no tiu:

    vi phn di tch ra E.

    vi phn di tch ra thnh E , Ez, khng

    ra thnh E (E = 0).

    Thnh Ez hai vi phn di trn z c

    nhau v thnh Ez tiu.

    E = E ( )

  • 42

    V. tch

    Xt dy di v ( L) trn

    z . Tnh E P(0, y, 0).

    dQ = L

    r

    dE

    dEzdE

    R = r

    ar

    z

    x

    y

    L

    P(0, y, 0)

    Vi phn dE P

    do vi phn tch dQ = L tnh

    theo cng :

    3

    0

    ( )

    4 | |

    dQd

    r r'E

    r r'

    Trong : r = yay = a ; = az

    r = a - az

    2 2 3/2

    0

    '( ' )

    4 ( ' )

    Ldz zd

    z

    a aE

    E = 0

    Ez2 2 3/2

    0

    '

    4 ( ' )

    L dzdEz

  • 43

    V. tch

    qut: Tnh E P( , ,z) .

    2 2 3/2 2 2 20 0 0

    ' 1 '

    4 ( ' ) 4 2'

    L L Ldz zEz z

    (0, 0, )

    dQ = L

    r

    R = r ar

    z

    x

    y

    L

    P( , , z)

    z

    02

    LE a

    3

    0

    '( )

    4 | |

    v

    V

    dv r r'E

    r r'

    r = a + zaz

    az2 2

    2 2

    ( ')

    ( ') ( ')

    ( ')

    R z z

    z z z z

    z zR

    R r r' a a a aa

    3/22 2

    0

    ' ( ')

    4 ( ')

    Ldz z z

    z z

    a aE

    3/2 3/22 2 2 2

    0

    ' ( ') '

    4 ( ') ( ')

    Ldz z z dz

    z z z z

    za a

    E

  • 44

    V. tch

    Vector a , az lun const (gi v ) khi thay .

    3/2 3/22 2 2 2

    0

    ' ( ') '

    4 ( ') ( ')

    Ldz z z dz

    z z z z

    za a

    E

    a , az l hm

    ???

    3/2 3/22 2 2 2

    0

    ' ( ') '

    4 ( ') ( ')

    L dz z z dz

    z z z zE a a

    2 2 2 2 20

    1 ( ') 1

    4 ( ') ( ')

    L z z

    z z z zE a a

    0

    20

    4

    LE a a02

    LE aVector

    E tch

    cch.

  • 45

    V. tch

    V : Xt dy tch di v song song z, x = 6,

    y = 8. Tnh vector E P(x, y, z).

    R

    z

    x

    y

    L

    (6, 8, 0)

    (6, 0, 0)

    (0, 8, 0)

    P(x, y, z)

    (x, y, 0)

    R

    (6, 8, z)02

    LE a

    Thay

    a = aR

    2 2

    02 ( 6) ( 8)

    L

    x yRE a

    2 2

    ( 6) ( 8)

    | | ( 6) ( 8)

    x y

    x y

    x y

    R

    a aRa

    R

    2 2

    0

    ( 6) ( 8)

    2 ( 6) ( 8)

    Lx y

    x y

    x ya a

    E

  • 46

    VI. tch

    tch l (vd: ) c tch phn

    hm tch S (C/m2). z

    x

    y

    0limSS

    Q

    S

    Xt tch v c

    tch S trn yOz.

    S

    Chia tch thnh cc tch di

    v c ( 0).

    Coi tch l tch .

    'S SL

    dS LdydQ

    L L L'L Sdy

  • 47

    VI. tch

    Xt P(x, 0, 0), p cng tnh E

    tch :

    z

    x

    y

    2 20 0

    '

    2 2 '

    SLdy

    dR x y

    RR

    aE a E

    S

    2 2'R x yP(x, 0, 0)

    2 2

    0

    'cos

    2 '

    Sx

    dydE

    x ydE

    dEx

    cosd dxE E

    2 2cos

    '

    x

    x y2 2

    0

    '

    2 '

    Sx

    xdydE

    x y

    2 2

    0 0 0

    ''

    2 ' 2 2

    S S Sx

    x yE dy artg

    x y x 02

    SNE a

    aN

  • 48

    VI. tch

    02

    SNE a E = E+ + E-

    y

    x

    z

    0a

    S- S a

  • 49

    3

    0

    ( ) '( )

    4 | |

    v

    V

    dvr'E r r'

    r r'

    02

    SNE a

    02

    LE a

    3

    0

    ( )4 | |

    QE r r'

    r r'

  • 50

    VII. -

    :

    l hnh minh cch quan phn

    trong khng gian.

    Cc trong khng gian trng

    vector .

    pht mang v cng

    mang m cho ta phn v .

    V : Xt E dy di v :02

    LE a

    tch do trn

    tch theo .

  • 51

    VII. -

    :

    Cho S v ln chu vi S

    cc lm thnh hnh bao khng

    gian, l .

    S3

    S2S1

    cho ln v phn

    E theo

    .

  • 52

    - - Dive

    I.

    III. Dive.

    IV.

  • 53

    I.

    - - Dive

    Th M. Faraday (1937):

    khng gian (2cm) 2 dung

    mi.

    Hai kim tm, ngoi 2

    bn c nhau.

    ngoi, +Q cho trong.

    ngoi v mi 2 .

    ngoi.

    tch trn ngoi -Q.

    : tch ngoi c

    tch vo trong, khng vo mi 2 .

    : ( ) trong ra ngoi:

    = Q

  • 54

    I.

    ra trn ton tch

    :

    D l dng .

    -Q

    +Q

    - - Dive

    2 24 ( )aS a m

    cho

    ra khi vector

    D [C/m2]:

    24r aQ

    arD a 24r b

    Q

    brD a24

    Q

    rrD a

    D

    D cho gi trung bnh qua

    vung gc .

  • 55

    I.

    Trong chn khng:

    tch :

    - - Dive

    tch :

    2

    0

    2

    0

    4

    4

    Q

    r

    Q

    r

    r

    r

    D a

    D E

    E a

    2

    04

    v

    V

    dv

    RrE a 24

    v

    V

    dv

    RrD a

  • 56

    II. Gauss

    1. Pht : Thng ra kn S tch do bao

    trong kn .

    - - Dive

    QSP

    DS

    DS,

    S

    Xt nhm cc tch bao

    kn hnh dng .

    tch S kn, c thng DS

    qua (vector DS thay v

    tr S).

    l thng qua S: = DS, php cos S = DS. S

    thng qua kn l (cng Gauss):

    .Sd dD S = tch trong kn = Q

  • 57

    II. Gauss

    1. Pht

    - - Dive

    S

    .Sd dD S = tch trong kn = Q

    nQ Q

    LQ dL

    S

    S

    Q dSV

    V

    Q dv

    .S VS V

    d dvD S

  • 58

    II. Gauss

    1. Pht

    Xt tch Q tm

    bn knh a

    - - Dive

    Trn bn knh a:

    Khi :2

    04

    Q

    rrE a 0 24

    Q

    rrD E a

    24

    Q

    arD a

    cong dS trn c tch:

    2 2sin sindS r d d a d d

    thng qua :2

    2

    2

    0 0

    . sin . sin sin4 4 4

    S

    S S S

    Q Q Qd a d d d d d d

    aR RD S a a

  • 59

    II. Gauss

    1. Pht

    - - Dive

    :

    thng qua kn

    tch bn trong .

    2 2 2

    0 0 0 00

    . sin ( cos )4 4 2

    S

    S

    Q Q Qd d d d d QD S

    Th M. Faraday

    Gauss..

    gp to Gauss khng l

    pht m l tm ra cng ton

    cho ny.

  • 60

    II. Gauss

    1. Pht

    - - Dive

    V : Tnh thng qua hnh 6

    x, y, z = 5, phn tch trong hnh l:

    Hai tch Q1 = 0,1 C A(1, -2, 3), v Q2 = 0,14 C B(-1, 2, -2).

    p cng : .SS

    d d QD S

    thng qua hnh l : = Q = 0,1 + 0,14 = 0,24 C

    tch L = C/m x = -2 v y = 35

    5

    5

    5

    10 31,4L LQ dz z C

  • 61

    II. Gauss

    2. Gauss

    D(E Q

    - - Dive

    .SS

    Q dD S

    tnh D(E) kn mn 2

    ( Gauss):

    DS vung

    .0

    S

    S

    D dSdD S

    DS = const t DS.dS

    S S

    S S

    Q D dS D dS

  • 62

    II. Gauss

    2. Gauss

    Q

    E.

    - - Dive

    kn bao quanh tch Q mn 2 trn Gauss) l

    cc bn knh r, c tm trng tr tch

    2 2

    04 4R r

    Q Q

    r rD a E a

    2

    2 2

    0 0

    . sin 4S S S SQ d D dS D r d d D rD S

    gi r, vector DS lun qua theo php ta c

  • 63

    II. Gauss

    2. Gauss

    V 2: Xt dy di v trn z

    . Tnh vector E.

    - - Dive

    xt: D = D a v D = f( )

    02 2

    L LD E

    . 0 0S SQ d D dS dS dSD S

    2

    0 0

    2

    z L

    S S

    z

    Q D d dz D L2 2 2

    L LS

    LQD

    L L

    ta c:

    L

    L

    Gauss l bao kn dy tch

  • 64

    II. Gauss

    2. Gauss

    V 3: Xt hai trn di v

    (cp ). Bn knh trong l a, bn knh

    ngoi l b. tch trong l S.

    - - Dive

    khc:

    ab

    Gauss: trn di L, bn knh a < < b, khi ta c:

    2SQ D L

    tch trn = a, di z = L l:

    2

    0 0

    2 ( )

    z L

    S SS S S

    z

    a aQ ad dz aL D a bD a

    1 12L S SL m L mQ S a 2

    LS

    a

    ta c:2

    LD a

  • 65

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    ab

    li hnh trn bn

    trong ra ngoi v tch m

    trong hnh trn ngoi. Do tch

    trn ngoi l:

    Q Q

    M

    ,2 SQ aL

    M

    ,2 SQ bL

    , ,S S

    a

    b

  • 66

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    ab

    Gauss l hnh trn cp

    c bn knh > b ( < a), ta c:

    2 0b r a SD L Q Q

    0 ( )SD b a

    xt:

    cp khng bn ngoi v bn trong

    dy .

    L L >> b

  • 67

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    V 4: Xt cp c: L = 0,5m, bn knh li 1mm, bn knh 4mm.

    li v l khng kh. tch li: 30nC. Tnh tch

    trn li, ; Tnh E, D.9

    2

    , 3

    30(10 )9,55 /

    2 2 (10 )(0,5)S

    QC m

    aLtch :

    92

    , 3

    30 102,39 /

    2 2 (4 10 )(0,5)S

    QC m

    bL

    Tnh vector E v vector D:

    3 3

    3 6, 2

    10 4.10

    10 (9,55 10 ) 9,55/

    SaD nC m

    3 3

    9

    1210 4.100

    9,55 10 1079/

    8,854 10

    DE V m

  • 68

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    V 5: c: tch Q = 0,25 C tm ; 2

    tch tr: (r1 = 1cm, S = 2mC/m2) v (r2 = 1,8cm, S = -0,6mC/m

    2). Tnh

    D : r3 = 0,5cm ; r4 = 1,5cm ; r5 = 2,5cm. Tnh tch tr r6 =

    3cm c D = 0 tr r7 = 3,5cm.

    :

    2

    3 2 2

    0.25( 0,5 ) 796 /

    4 4 0,005

    Qr cm C m

    ar r rD a a a

    r3 r3 Q

    r4 r4 Q

    r1 = 1cm, S = 2mC/m2

    6 2 32

    3 2 2

    0,25.10 4 .0,01 .2.10( 1,5 ) 977,3 /

    4 4 .0,015

    Qr cm C m

    ar r r

    D a a a

  • 69

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    V 5: c: tch Q = 0,25 C tm ; 2

    tch tr: (r1 = 1cm, S = 2mC/m2) v (r2 = 1,8cm, S = -0,6mC/m

    2). Tnh

    D : r3 = 0,5cm ; r4 = 1,5cm ; r5 = 2,5cm. Tnh tch tr r6 =

    3cm c D = 0 tr r7 = 3,5cm.

    :

    r5 r5 Q

    3 2( 1,5 )

    4

    Qr cm

    arD a

    6 2 3 2 32

    2

    0,25.10 4 .0,01 .2.10 4 .0,018 .( 0,6.10 )40,79 /

    4 .0,025C mr rD a a

  • 70

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    V 5: c: tch Q = 0,25 C tm ; 2

    tch tr: (r1 = 1cm, S = 2mC/m2) v (r2 = 1,8cm, S = -0,6mC/m

    2). Tnh

    D : r3 = 0,5cm ; r4 = 1,5cm ; r5 = 2,5cm. Tnh tch tr r6 =

    3cm c D = 0 tr r7 = 3,5cm.

    :

    D r6 r6

    6 2 3 2 30,25.10 4 .0,01 .2.10 4 .0,018 .( 0,6.10 ) 320,37Q nC

    r7 = 3,5cm l

    2

    2 2

    320,3728,33 /

    4 4 0,03S

    QC m

    r

  • 71

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    p Gauss (tnh D, E) theo cch trn tm Gauss

    mn 2 : DS vung gc DS = const trn kn)

    0 0 0 0

    ( , , )

    x x y y z z

    P x y z

    D D DD D a a a

    z

    yx

    z

    y

    x

    Trong kh tm Gauss, php l kn sao

    cho DS const trn kn .

    Xt P(x, y, z) trong khng gian Descartes:

    0 0 0 0x x y y z zD D DD D a a a

    kn hnh ( x, y, z) c tm

    l P: D const trn .

    .S sau

    Q dD S

  • 72

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    0 0 0 0

    ( , , )

    x x y y z z

    P x y z

    D D DD D a a a

    z

    yx

    z

    y

    x

    Xt :

    Do P l tm hnh cch P l x/2

    trong Dx0 l gi Dx P

    .S sau

    Q dD S

    ,. . x xD y z D y zD S a

    , 0 0( )2 2

    xx x x x

    Dx xD D D theo x D

    x

    02

    xx

    DxD y z

    xta c:

  • 73

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    xt sau c: ,. .( )sau sau sau x x sausau

    D y z D y zD S a

    , 0 0( )2 2

    xx sau x x x

    Dx xD D D theo x D

    x

    02

    xx

    sau

    DxD y z

    x

    Khi ta c:x

    sau

    Dx y z

    x

    xt - tri), (trn - :

    yDx y z

    yzD x y z

    z

  • 74

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    Tm :

    .yx z

    S

    DD DQ d x y z

    x y zD S

    yx zv

    DD DQ v

    x y z

  • 75

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    V 6: Xc tch tch 10-9m3

    vector :

    sinxxD

    e yx

    92 2.10 2yx z

    v

    DD DQ v v nC

    x y z

    2sin cos 2 ( / )x xx y ze y e y z C mD a a a

    thin D theo cc x, y, z l:

    siny x

    De y

    y2z

    D

    z

    ta c

    sin 0xxD

    e yx

    sin 0y x

    De y

    y2z

    D

    z

    tch 10-9m3 l:

  • 76

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    4 2 4 2 3 28 4 16 ( / )x y zxyz x z x yz pC mD a a a

    :

    a. Thng qua z = 2, 0 < x < 2, 1 < y < 3 theo az l:2 3 2 3

    2 32 3 3 2

    0 10 1 0 1

    1 116 (2) 16 1365,33

    3 2dxdy x y dxdy x y pCzD

    V 7: Trong chn khng :

    a. Tm thng qua : z = 2, 0 < x < 2, 1 < y < 3 theo az.

    b. Tnh E P(2, -1, 3)

    c. Tnh tch c tch 10-12m3 P(2, -1, 3).

    b. E P(2, -1, 3)

    4 2 4 2 3 12

    12

    0

    8.2( 1)3 4.2 .3 16.2 ( 1)3 .10

    8,85.10

    146,44 146,4 195,2 /

    x y z

    V mx y z

    a a aDE

    E a a a

  • 77

    II. Gauss

    2. Gauss

    - - Dive

    4 2 4 2 3 28 4 16 ( / )x y zxyz x z x yz pC mD a a a

    :

    c. tch c tch 10-12m3 P(2, -1, 3).

    V 7: Trong chn khng :

    a. Tm thng qua : z = 2, 0 < x < 2, 1 < y < 3 theo az.

    b. Tnh E P(2, -1, 3)

    c. Tnh tch c tch 10-12m3 P(2, -1, 3).

    12 12 4 2 2

    (2, 1,3)

    (2, 1,3)

    10 10 .(8 48 )yx z

    P

    P

    DD DQ yz x yz

    x y z

    212,376.10Q C

  • 78

    III. Dive

    pht cng :

    - - Dive

    .yx z

    v

    S

    DD Dd Q v

    x y zD S

    .yx Sz

    dDD D Q

    x y z v v

    D S

    0 0

    .

    lim limyx Sz

    vv v

    dDD D Q

    x y z v v

    D S

    0

    .

    limyx Sz

    v

    dAA A

    x y z v

    A S

    0

    .

    lim Sv

    d

    Dive divv

    A S

    A ACng :

  • 79

    III. Dive

    - - Dive

    0

    .

    lim Sv

    d

    Dive divv

    A S

    A A

    yx zDD D

    divx y z

    D

    1 1( ) z

    D Ddiv D

    zD

    2

    2

    1 1 1( ) (sin )

    sin sinr

    Ddiv r D D

    r r r rD

  • 80

    III. Dive

    - - Dive

    0

    .

    lim Sv

    d

    Dive divv

    A S

    A A

    divA ( thng vector A) l thng

    ra kn tch c tch zero.

    Dive l php ton c l vector, l

    gi v .

    Dive cho l c bao nhiu thng (trn

    tch) ra kn (dive khng cho thng tin

    thng .

  • 81

    III. Dive

    - - Dive

    V 8: Tm divD D = e-xsinyax e-xcosyay + 2zaz

    :

    p cng tnh div:

    Gi div D = 2 = const m khng vo tr tnh.

    sin sin 2 2y x xx z

    DD Ddiv e y e y

    x y zD

    D l C/m2, khi divD l C/m3

    tch .

  • 82

    III. Dive

    - - Dive

    V 9: Tm divD :

    2 2 0 10yx z

    DD Ddiv yz x

    x y zD

    2 2 2 2) (2 ) ( 2 ) / (2,3, 1)Aa xyz y x z xy x y C m Px y zD a a a

    2 2 2 2 2 2

    0

    ) 2 sin sin 2 2 sin /

    ( 2, 110 , 1)B

    b z z z C m

    P z

    D a a a

    1 1( ) z

    D Ddiv D

    zD

    2 2 2 2 24 sin 2 cos2 2 sin 9div z zD

    p cng tnh div trong trn:

    p cng tnh div trong Descartes:

  • 83

    III. Dive

    - - Dive

    V 9: Tm divD :

    2

    0 0

    ) 2 sin cos cos cos sin /

    ( 1.5, 30 , 50 )C

    c r r r C m

    P r

    rD a a a

    2

    2

    1 1 1( ) (sin )

    sin sinr

    Ddiv r D D

    r r r rD

    p cng tnh div trong :

    cos cos 2 cos6sin cos 2,57

    sin sindivD

  • 84

    IV. trnh Maxwell 1 trong

    - - Dive

    0

    .

    lim Sv

    d

    divv

    D S

    Dcng div c:

    vdivD

    v

    khc, theo Gauss c: .S

    d QD S

    .S

    dQ

    v v

    D S

    v

    Xt vi c tch zero:0 0

    .

    lim limSv v

    dQ

    v v

    D S

  • 85

    IV. trnh Maxwell 1 trong

    - - Dive

    Cng Maxwell 1 p cho v

    vdivD

    Pht : Thng trn tch ra vi

    gi tch

    trnh Maxwell 1 coi l vi phn Gauss v:

    Gauss lin gi thng tch mang

    ra kn bao quanh.

    trnh Maxwell 1 pht thng trn tch

    ra vi (coi 1 tch .

    Gauss xem l tch phn trnh Maxwell 1

  • 86

    IV. trnh Maxwell 1 trong

    - - Dive

    V 1: Tnh tch v trong khng gian xung quanh

    tch Q .

    :

    Vector thng D tch Q :

    p cng tnh divD trong :

    24

    Q

    rrD a

    2

    2

    1 1 1( ) (sin )

    sin sinr

    Ddiv r D D

    r r r rD

    2

    2 2

    1( ) 0

    4

    d Qdiv r

    r dr rD (r 0) 0v

    v Q

  • 87

    - - Dive

    x y zx y za a a

    ton vector nabla l ton del)

    Xt: . . x y zD D Dx y z

    x y z x y zD a a a a a a

    .yx z

    DD Ddiv

    x y zD D

  • 88

    - - Dive

    pht Gauss, c:

    ta c:

    . vD

    .S

    d QD S

    khc: vQ dv trong

    . .S

    d dvD S D

    Pht : thnh php vector c

    hm ring trn kn dive vector trong

    khng gian trong kn.

  • 89

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    tri:

    :

    . .S

    d dvD S D

    .S sau

    dD S

    2 2 23 3 3

    1 1

    0 0 0 0 0 0

    ( ) .( ) .( ) 2

    y y yz z z

    x x x

    z y z y z y

    dydz D dydz ydydzxD a

    3

    0

    4 12

    z

    z

    dz C

  • 90

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    tri:

    :

    . .S

    d dvD S D

    .S sau

    dD S

    2 23 3

    0 0

    0 0 0 0

    ( ) .( ) .( ) 0

    y yz z

    x x x

    sau z y z y

    dydz D dydzxD a

    3 2 3 2 3 2

    2

    2 20 0 0 0 0 0

    ( ) .( ) .( ) ( )

    z x z x z x

    y y y yz x z x z x

    dxdz D dxdz x dxdzD a

  • 91

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    tri:

    :

    . .S

    d dvD S D

    .S sau

    dD S

    3 2 3 2

    0 00 0 0 0

    ( ) .( ) .( )

    z x z x

    y y y yz x z x

    dxdz D dxdzD a

    3 2

    2

    0 0

    ( )

    z x

    z x

    x dxdz

  • 92

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    tri:

    :

    . .S

    d dvD S D

    .S sau

    dD S

    V D = 2xyax + x2ay , khng vo z D song song trn v

    D.dS = 0

    0

  • 93

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    tri:

    :

    . .S

    d dvD S D

    .S sau

    dD S

    3 2 3 2

    2 2

    0 0 0 0

    . 12 0 ( ) ( ) 0 0

    z x z x

    S z x z x

    d x dxdz x dxdzD S

    . 12S

    d CD S

  • 94

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    :

    :

    . .S

    d dvD S D

    .V

    dVD

    2. 2 0 2yx z

    DD Dxy x y

    x y z x y zD

    2 23 1 3 3

    0 0 0 0 0 0

    . 2 2 2 4 12

    y yz x z z

    V V z y x z y z

    dV ydV ydxdydz ydydz dz CD

  • 95

    - - Dive

    V 1: l D = 2xyax + x2ay C/m

    2 v hnh

    x = 0, x = 1 ; y = 0 , y = 2 ; v z = 0, z = 3

    :

    . .S

    d dvD S D

    . .S V

    d dVD S D =12C = Qxt:

    C l Dive tnh thng ra kn

    tnh tch bn trong bao kn.

    C 2 cch tnh:

    Gauss

    Dive

  • 96

    - - Dive

    V 2: l D = 6 sin0,5 a + 1,5 cos0,5 a C/m2

    v cong = 2, = 0 ; = , v z = 0, z = 5

    :. .

    S

    d dvD S D

    225

  • 97

    -

    I.

    III. -

    IV.

  • 98

    -

    Xt tch Q dL tc

    E. Khi do tc ln tch: FE = QE

    Thnh theo dL: FEL = F.aL = QE.aL

    . .LdW Q dL Q dEa E L

    tc tch: Ftd = -QE.aL

    cng sinh ra tch Q trong

    dL l:

  • 99

    -

    Cng tch Q tiu :

    .dW Q dE L

    Q = 0, E = 0, L = 0

    E vung gc dL

    Cng tch Q trong qung :

    .W Q dE L

    Xt tch Q yn trong khng gian c E.

  • 100

    -

    V : Xt khng gian c . Tnh vi phn cng

    tch 6nC qung di 2 m P(2, -2, 3) theo

    :

    vi phn cng tch l:

    :

    2 2

    2

    18 4 4 /xyz x z x y V m

    zx y zE a a a

    6 3 2

    7 7 7L x y za a a a

    2 2

    2

    (2, 2,3)

    18 4 4 10,67 5,33 3,56 /P

    P

    xyz x z x y V mz

    x y z x y zE a a a a a a

    6

    2 2 2

    6 3 2

    12 6 47 7 72.107 7 76 3 2

    7 7 7

    Ld dL mx y z

    x y z

    a a a

    L a a a a

    9 12 6 4. 6.10 ( 10,67 5,33 3,56 )( ) 149,377 7 7

    PdW Q d Jx y z x y zE L a a a a a a

  • 101

    -

    1 1 2 2 6 6( ... )L L LW Q E L E L E L

    Xt cng tch Q B

    A trong khng gian c E.

    B

    A

    E

    E

    EE

    E

    E

    L6

    L5

    L4

    L3L2

    L1

    EL6

    EL5

    EL4EL3

    EL2

    EL1

    Chia B-A thnh 6 : L1, L2,

    L3, L4, L5, L6

    c: EL1, EL2, EL3,

    EL4, EL5, EL6

    Cng tch Q B A tnh theo cng :

    ( ... ) ( ... )W Q Q1 1 2 2 6 6 1 2 6E

    BAW QE L

  • 102

    -

    B

    A

    E

    E

    EE

    E

    E

    L6

    L5

    L4

    L3L2

    L1

    EL6

    EL5

    EL4EL3

    EL2

    EL1

    xt: Cng tch

    :

    Gi tch Q

    E v khng

    onsA Ado c t

    BA

    B B

    W Q d Q d QE

    E L E L E L

    cch v LBA (khng vo

    2 B, A).

  • 103

    -

    V 1: Cho khng gian vector E = yax + xay + 2az.

    Xc cng tch Q = 2C B(1, 0, 1)

    A(0,8 ; 0,6 ; 1) theo cong: x2 + y2 = 1, z = 1.

    :A

    B

    W Q dE Lp cng : trong :2y xx y zE a a a

    d dx dy dzx y zL a a a

    2 ( 2 ) ( )

    A A

    B B

    W Q d y x dx dy dzx y z x y zE L a a a a a a

    0,8 0,6 1

    1 0 1

    2 2 4W ydx xdy dz

    0,8 0,6

    2 2

    1 0

    2 1 2 1 0W x dx y dy

    0,8 0,62 1 2 1

    1 0

    1 sin 1 sin 0,96W x x x y y y J

  • 104

    -

    V 1: Cho khng gian vector E = yax + xay + 2az.

    Xc cng tch Q = 2C B(1, 0, 1)

    A(0,8 ; 0,6 ; 1) theo cong: x2 + y2 = 1, z = 1.

    :A

    B

    W Q dE Lp cng : trong :

    2y xx y zE a a a

    d dx dy dzx y zL a a a

    0,8 0,6 1

    1 0 1

    2 2 4

    A

    B

    W Q d ydx xdy dzE L

    0,8 0,6

    1 0

    6 ( 1) 2 1 0,963

    yW x dx dy J

    2 B A c trnh:

    ( )A BB BA B

    y yy y x x

    x x3( 1)y x

  • 105

    -

    Descartes:

    d dx dy dzx y zL a a a

    trn:

    d d d dz zL a a a

    :

    sinrd dr rd r dL a a a

  • 106

    -

    V 2: Xt tch L trn z trong chn khng. Tnh cng di

    tch Q trn trn bn knh , tm trn z v trn

    song song Oxy.

    :

    W Q dE L

    02

    LEE a a

    2

    002

    LW Q da a2

    00

    02

    LQ d a a

    L

    z

    y

    x

    dLp cng tnh cng:

    0

    0

    d d d dz

    d

    dz

    zL a a a

    Q

  • 107

    -

    V 3: Xt tch L trn z trong chn khng. Tnh cng di

    tch Q = a = b.

    :

    W Q dE L

    02

    LEE a a

    0 0 0

    ln2 2 2

    b b

    L L L

    a a

    Qd bW Q d Q

    aa a

    L

    z

    y

    x

    dL

    p cng tnh cng:

    0

    0

    d d d dz

    d

    dz

    zL a a a

    Q

    a

    b

  • 108

    -

    -

    : 2 A v B (VAB) l cng

    tch 1C trong E B A.

    A

    AB

    B

    JV d V

    CE L

    Trong coi 1 trong c 0

    ( tham th cc

    khc so tham chnh l ( ) chng.

    VA, VB 2 A, B (chung tham ) th

    A v B (VAB) tnh theo cng :

    AB A BV V V

  • 109

    -

    -

    2

    04r

    QE

    rE a a

    V 1: Tnh 2 A, B cng trn 1 xuyn tm c

    cch rA, rB trong tch Q.

    c tm trng tr tch Q

    Vector do Q ra:

    2

    0 0

    1 1

    4 4

    A

    B

    rA

    AB

    A BB r

    Q QV d dr

    r r rE L

    VAB l:

  • 110

    -

    -

    V 2: Trong khng gian c E = 6x2ax + 6yay + 4az V/m.

    a. Tnh VMN M(2, 6, -1), N(-3, -3, 2)

    2(6 6 4 ) ( )

    M M

    MN

    N N

    V d x y dx dy dzx y z x y zE L a a a a a a

    2 6 1

    2

    3 3 2

    6 6 4 139MNV x dx ydy dz V

    b. Tnh VN P(1, 2, -4) c VP = 2

    3 3 2

    2

    1 2 4

    2 2 6 6 4 19

    N

    N NP P

    P

    V V V d x dx ydy dz VE L

  • 111

    -

    minh 2 A, B cng trn 1

    xuyn tm c cch rA, rB trong tch Q

    tnh theo cng :

    0

    1 1

    4AB

    A B

    QV

    r r

    B(rB, B, B)

    A(rA, A, A)

    E = Er.ar

    dL = drar + rd a + rsin d a

    rA

    rB

    r

    Q

    2 A, B

    di tch Q B

    A tnh theo cng :

    2

    0 0

    1 1

    4 4

    A A

    B B

    r r

    AB r

    A Br r

    Q QV E dr dr

    r r r

  • 112

    -

    B(rB, B, B)

    A(rA, A, A)

    E = Er.ar

    dL = drar + rd a + rsin d a

    rA

    rB

    r

    Q

    2 A, B

    di tch Q B

    A tnh theo cng :

    2

    0 0

    1 1

    4 4

    A

    B

    r

    AB

    A Br

    Q QV dr

    r r r

    2 trong tch

    vo cch 2 tch

    m khng vo qung 2 .

    Coi rB = v VB = 0:

    04

    QV

    r

  • 113

    -

    tch cho ta cng di 1 tch 1C

    tr xa v cng tham V = 0) 1 cch tch Q

    r.

    04

    QV

    r

    tch l v khng c vector .

    l cc c cng v do

    cng tch trn lun khng.

    tch l cc tm, c tm trng

    tr tch .

    1

  • 114

    -

    V : Cho tch Q = 15nC . Tnh VP P(-2, 3, -1) v:

    a. V = 0 A(6, 5, 4)

    9

    0 0

    1 1 15.10 1 120,68

    4 4 4 9 1 36 25 16PA

    P A

    QV V

    r r

    b. V = 0 v cng9

    0 0

    15.1036,1

    4 4 4 9 1PA

    P

    QV V

    r

    c. V = 5 B(2, 0, 4)

    9

    0

    15.10 1 15 10,89

    4 4 9 1 4 0 16P PB BV V V V

  • 115

    -

    Xt khng gian, 1 tch Q1. Khi

    A tnh theo cng :

    Q1

    r1

    r

    r - r1

    r2 r r2

    A

    Q2

    1

    0

    ( )4 | |

    QV

    1

    rr r

    khng gian c n tch Q1, Q2, , Qn, A l:

    1 0

    ( )4 | |

    nk

    k

    QV

    k

    rr r

    Coi Qk l phn tch lin V vm:

    1 0

    ( )( )

    4 | |

    nv k

    k

    vV k

    k

    rr

    r r0

    ( ') '( )

    4 | |

    nv

    V

    dvV

    rr

    r r'

  • 116

    -

    C tch L (dy mang di v :

    C tch S tch v

    0

    ( ') '( )

    4 | |

    v

    V

    dvV

    rr

    r r'

    mang :

    C tch V:

    0

    ( ') '( )

    4 | |

    L dLVr

    rr r'

    0

    ( ') '( )

    4 | |

    S

    S

    dSV

    rr

    r r'

  • 117

    -

    Ta c cng :

    V 1: Tnh 1 trn z trong

    dy trn L, bn knh a, trn z = 0

    0

    ( ') '( )

    4 | |

    L dLVr

    rr r'

    (0, 0, z)

    y

    x

    z

    r

    L

    = a

    2 2| | a zr r'

    trong :' ' ; ; dL ad z azr a r' a

    2 2| | a zr r'

    2

    2 2 2 20 0 0

    '

    4 2

    L Lad aVa z a z

    xt:

    1 l cng sinh ra 1 tch v cng m

    khng vo chng.

    tch l cc do

    tch nn.

  • 118

    -

    khc, A tnh theo cng :

    A

    AV dE L

    2 A, B khng vo A v BA

    AB A B

    B

    V V V dE L

    (vector khng thay

    v theo gian t):

    0dE L

  • 119

    -

    V 2: Trong chn khng, coi v cng c 0, tnh

    A(0, 0, 2) gy ra mang :

    a. tch L = 12nC/m, = 2,5m, z = 0

    b. tch Q = 18nC B(1, 2, -1)

    9

    2 2 2 2

    0 0

    12.10 .2,5529,4

    2 2 2,5 2

    LA

    aV V

    a z

    9

    1

    0 0

    18.1043,26

    4 | | 4 1 4 9A

    B

    QV V

    r r

  • 120

    -

    C 2 cch xc gy ra mang :

    Thng qua vector E (tch phn

    Thng qua hm phn tch (tch phn

    Tuy nhin gi vector v hm phn

    tch .

    Trong ta hai . Khi

    xc E phn tch cc

    .

    php gradient

  • 121

    -

    pht cng :

    Xt L sao cho E = const:

    V dE L

    cosV E LE L

    cosdV

    EdL

    Xt vi phn qung L:

    1ax

    (cos )m

    dVE

    dL

    E gi

    thin theo cch.

    Gi vi phn cch

    E E nhanh .

    +50

    +40

    +60

    +70

    +80

    V = +90

    +30

    +20+10

    E

    LP

  • 122

    -

    aN l vector php cc

    v c pha cc c

    cao. Khi

    axm

    dV

    dLNE a

    Do dV/dL max khi dL cng aN

    +50

    +40

    +60

    +70

    +80

    V = +90

    +30

    +20+10

    E

    LP

    aN

    axm

    dV dV

    dL dN

    dV

    dNNE a

  • 123

    -

    ton gradient (grad) vector T :

    Gradient of T = grad TdT

    dNNa

    ta c:

    V V VdV dx dy dz

    x y z

    grad VE

    khc ta c: V = V(x, y, z)

    x y zdV d E dx E dy E dzE L

    x

    y

    z

    VE

    x

    VE

    y

    VE

    zSuy ra:

    V V V

    x y zx y zE a a a

    V V Vgrad V

    x y zx y za a a

    aN l vector php cc

    c theo

    vector T

  • 124

    -

    khc ta c

    ta c:

    VE

    V V V

    grad Vx y z

    x y za a a

    x y zx y za a a

    T T TT

    x y zx y za a a

    TT grad

    VgradEkhc:

    Suy ra quan vector v :

  • 125

    -

    VE

    Descartes:

    V V VV

    x y zx y za a a

    trn:

    1V V VV

    za a a

    :

    1 1

    sin

    V V VV

    r r rra a a

  • 126

    -

    Ch phn 2 ton

    V V VV

    x y zx y za a a

    Gradient:

    Dive:

    .yx z

    DD D

    x y zD

    Gradient v l vector

    Dive vector cho ta gi v .

  • 127

    -

    V 1: Xt V = 2x2y - 5z v P(-4, 3, 6). Hy tnh

    E, hm D, v hm phn

    tch V P.

    2

    ( 4,3,6) ( 4,3,6)4 2 5 48 32 5 /P P P

    V xy x V mx y z x y zE a a a a a a

    :

    P: VP = 2(-4)2.3 5.6 = 66V

    Vector E P:

    Hm D P:

    2 3

    0 35,4 17,71 44,3 / xy x pC mx y zD E a a a

    Hm phn tch V:335,4 / =-106,2 V y pC mD

  • 128

    -

    nghin cho php ta phn tch cc qu trnh

    trong cc mi khi chng trong E.

    ( ) l khi 2 tch tri c

    cng nhau sao cho cch chng so

    cch P xt EP hay VP)

    r R2

    R1P

    z

    y

    x

    +Q

    -Q

    d

    2 1

    0 1 2 0 1 2

    1 1

    4 4

    R RQ QV

    R R R R

    P(r, , =-900):

    z = 0 R1 = R2 V = 0

    1 2R R 0PV

  • 129

    -

    r

    R2

    R1

    z

    y

    x

    +Q

    -Q

    d

    2

    0

    cos

    4

    QdV

    r

    R1 R2

    E

    R2 R1 = dcos

    2 1 cosR R d

    1 1

    sin

    V V VV

    r r rrE a a a 3 3

    0 0

    2 cos sin

    4 4

    Qd Qd

    r rr

    a a

    3

    0

    2cos sin4

    Qd

    rrE a a

  • 130

    -

    0

    2

    14

    cos

    Qd

    Vr3

    0

    2cos sin4

    Qd

    rrE a a2

    0

    cos

    4

    QdV

    r

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    -0,2

    -0,4

    -0,6

    -0,8

    -1

    z

    00

    E

  • 131

    -

    Momen : p = Qd [C.m]r R2

    R1P

    z

    y

    x

    +Q

    -Q

    d

    2

    0

    .

    4V

    r

    rp a

    r P

    ar

    2

    0

    cos

    4

    QdV

    r

    . cosdrd a

    2

    0

    1 '.

    4 | ' | | ' | V

    r rp

    r r r r

    xt:

    V do gy ra bnh

    cch.

    E do gy ra

    cch ba.

  • 132

    -

    V 1: trong chn khng, c momen

    p = 3ax 2ay + az nC.m.

    a. Tnh V A(2, 3, 4)

    b. Tnh V B(r = 2,5 ; = 300 ; = 400)

    2

    0

    .

    4V

    r

    rp a

    p cng :

    2 2 2

    2 3 4

    2 3 4

    x y z

    r

    a a aa 2 2 22 3 4 29r

    3

    0

    (3 2 ).(2 3 4 )

    4 29

    x y z x y za a a a a a0,23

    2

    0

    .

    4V

    r

    rp a3

    0

    (3 2 ).(0,96 0,8 2,17 )

    4 2,5

    x y z x y za a a a a a1,985V

    2 2 2

    0,96 0,8 2,17

    0,96 0,8 2,17

    x y z

    r

    a a aa 2 2 20,96 0,8 2,17 2,5r

    B(0,96 ; 0,8 ; 2,17)

  • 133

    -

    V 2: trong chn khng, c momen

    p = 6az nC.m. Tnh E A(r = 4 ; = 200 ; = 0)

    / : 1,584 0,288 / D S V mrE a a

  • 134

    -

    di 1 tch Q2 xa v cng vo khng gian c

    gy ra tch Q1 , ta cng.

    Q2 nguyn: Q2 c

    Q2 do:

    Q2 ra xa Q1

    Q2 tch trong qu trnh .

    xc tch .

  • 135

    -

    Xt tch Q2 trong khng gian c Q1

    Q2 = Q2V2,1

    cng di =

    V2,1 l tr Q2 do Q1 ra

    Khng gian c tch Q3

    Q3= Q3V3,1 + Q3V3,2

    Khng gian c tch Q4

    Q4= Q4V4,1 + Q4V4,2 + Q4V4,3

    WE = Q2V2,1 + Q3V3,1 + Q3V3,2 + Q4V4,1 + Q4V4,2 + Q4V4,3

  • 136

    -

    ta c:

    khc:

    WE = Q2V2,1 + Q3V3,1 + Q3V3,2 + Q4V4,1 + Q4V4,2 + Q4V4,3

    13 3,1 3 3

    0 13 3 3,1 1 1 1,3

    0 31

    13 31

    44

    QQ V Q Q

    R Q V Q QVR

    R R

    WE = Q1V1,2 + Q1V1,3 + Q1V1,4 + Q2V2,3 + Q2V2,4 + Q3V3,4

    2WE = Q1(V1,2 + V1,3 + V1,4 + ...) +

    Q2 (V2,1 + V2,3 + V2,4 + ...) +

    Q3 (V3,1 + V3,2 + V3,4

    V1,2 + V1,3 + V1,4 + ... = V1

    V3,1 + V3,2 + V3,4 3

    V2,1 + V2,3 + V2,4 + ... = V2

    1 1 2 2 3 3

    1

    1 1...

    2 2

    N

    E k k

    k

    W QV Q V Q V Q V

    k VQ dv

    1

    2WE V

    V

    Vdv

    tnh 1 mang , coi:

  • 137

    -

    Cng cho php tnh tch ,

    mang c hm phn tch V

    1

    2WE V

    V

    Vdv

    tch

    1

    1

    2W

    N

    E k k

    k

    Q V

    Cng tnh mang c hm phn tch

    V c coi l cng tnh qut cho cc mang

    khc nhau:

    tch

    tch

  • 138

    -

    Xt cng :1

    2WE V

    V

    Vdv

    p trnh Maxwell 1: V D

    1( )

    2WE

    V

    VdvD

    khc: ( ) ( ) ( )V V VD D D

    1( ) ( )

    2WE

    V

    V V dvD D

    1 1( ) ( )

    2 2WE

    V V

    V dv V dvD D

    p l Dive: .S V

    d dvD S D

    ta c cng :1 1

    ( ) ( )2 2

    WES V

    V d V dvD S D

  • 139

    -

    Ta c:

    ta c:

    1 1( ) ( )

    2 2WE

    S V

    V d V dvD S D

    0

    1

    4

    QV

    r r

    2 2

    1

    4

    Q

    r rrD a

    2S

    1( ) 0

    2S

    V dD S

    1( )

    2WE

    V

    V dvD

    VETheo cng gradient :

    2

    0

    1 1

    2 2 WE

    V V

    dv E dvD E

  • 140

    -

    V 1: Tnh cp di L,

    c phn trong cp S

    p cng :

    abCch 1:

    2

    0

    1

    2WE

    V

    E dv

    trong : ( )Sa

    D a b0

    SaE a

    2 2 2 2 2

    0 2 2

    0 00 0

    1ln

    2W

    L b

    S SE

    a

    a La bd d dz

    a

  • 141

    -

    V 1: Tnh cp di L,

    c phn trong cp S

    p cng :

    abCch 2:

    1

    2WE V

    V

    Vdv

    0 0

    ln

    0

    a

    a aab S S

    ab

    b b

    b

    V d a a bV E d d

    aV

    E L

    Coi cc trn ngoi cp l tham (V = 0). cc

    trn trong cp l:

  • 142

    -

    V 1: Tnh cp di L,

    c phn trong cp S

    abCch 2:

    0

    1ln

    2W VE V

    V

    a bdv

    a

    , ,2 2

    SV

    t ta a t a

    t

    2 2 22

    0 00 0

    2

    1ln ln

    2W

    ta

    z L

    S S SE

    tza

    Lab ba d d dz

    t a a

    Ch :

    2 SQ aLtch li cp:

    li cp:

    0

    lnSaa b

    Va

    2 2

    0

    1ln

    2W SE a

    La bQV

    a

  • 143

    -

    V 2: Tnh WE mang 2mm < r < 3mm, 0 < < 900,

    0 < < 900 trong chn khng, V:

    a.200

    Vr

    b.2

    300 oscV

    r

  • 144

    - -

    I. -

  • 145

    I. Dng - dng

    5: - Mi - Dung

    Dng l dng c cc mang

    thin tch theo gian qua 1 cho .

    [A]dQ

    Idt

    dng J [A/m2] phn dng trn tch.

    Dng ra S vung gc dng tnh

    theo cng : I = JN S

    S khng vung gc dng : I = J. S

    dng qua S c dng J tnh theo cng :

    S

    I dJ S

  • 146

    I. Dng - dng

    5: - Mi - Dung

    Xt mang c hm tch V

    V VQ V S L

    VJ v

    z

    y

    x

    S

    VQ V

    L

    z

    y

    x

    S

    VQ V

    L

    x

    ha: Coi mang song

    song x: x trong gian t

    VQ S x

    trong t, dng I qua

    vung gc x l:

    V V x x

    Q xI S I Sv J S

    t t

    ta c:

  • 147

    I. Dng - dng

    5: - Mi - Dung

    V : Cho vector dng Tnh

    dng qua trn = 3, 0 < < 2 , 1 < z < 2

    2 2 210 4 cos / z A mJ a a

    :

    2 2 2

    3 10.3 4.3cos 90 12cosz zJ a a a a

    p cng :3

    S S

    I d dJ S J S

    Ta c:3d d dz d dzS a a

    Suy ra:22 2

    1 0 1

    270 270 2 .270 2,54

    z z

    S S z z

    I d zd dz zd dz zdz AJ S

  • 148

    I. Dng - dng

    5: - Mi - Dung

    Theo : Dng ra kn cc

    mang tch ln cc mang tch m).

    Qi l cc mang trong kn.

    l Dive:

    S

    I dJ S

    i

    S

    dQI d

    dtJ S

    ( )S V

    d dvJ S J

    Xt kn S:

    i V

    V

    Q dv

    ( ) VVV V V

    ddv dv dv

    dt tJ

    ( ) Vv vt

    J V

    tJ

  • 149

    I. Dng - dng

    5: - Mi - Dung

    t = 1s, dng ra kn bn knh

    tch :

    2 A/m

    te

    rrJ a

    1 21 4 5 23,15

    ArI J S e

    V : st dng :

    1 21 4 6 27,76

    ArI J S e

    2

    2 2

    1 1 1 1t t tV e r e et r r r r r

    rJ a

    2 2

    1 1( ) ( )t tV e dt K r e K r

    r r

    3

    20

    1 r C/m

    V

    khit

    V er

    Bn knh r = 5m:

    Bn knh r = 6m:

    tch:

    2

    1

    1 m/s

    t

    rV r

    tV

    eJ rv r

    er

    J v

  • 150

    5: - Mi - Dung

    nguyn :

    nhn mang tch .

    Cc electron mang tch m xung quanh.

    Electron c nhn (v

    .

    Khi electron ny sang khc th

    n pht) ra .

    Cc electron ha c cao kch thch, thot

    ra thi cn v thnh cc electron do (dng cc

    electron do).

  • 151

    5: - Mi - Dung

    Xt electron do trong trong E

    F = - eE

    Chn khng: electron lin

    : electron gi trung bnh

    v

    d e e e

    J vv E J E e [m

    2/Vs]

  • 152

    5: - Mi - Dung

    thay theo (VD:

    nhm thay 0,4% khi 10K).

    thnh siu 0) khi

    00K (VD: Nhm siu t0 ~1,140K).

    e e

    e eJ E e: do (lun m)

    Trong cc kim ta c quan :

    J E [S/m]:

  • 153

    5: - Mi - Dung

    Xt dy hnh c J v E

    S

    I d JSJ S

    J = constS

    E = const

    L

    Ta c:

    b b

    ab ba ab

    a a

    V d d V ELE L E L E L E L

    IJ E

    S

    Suy ra:I V

    S L

    LV I

    S

    L

    S

    V RI

    dy c tnh theo cng :

    b

    ab a

    S

    dV

    RI d

    E L

    E S

  • 154

    5: - Mi - Dung

    Xt : cc electron bn trong .

    cc electron lm chng ra

    v c xu tch nhau.

    tch bn trong khng,

    tch .

    trong dng khng

    trong khng (theo Ohm)

    -

  • 155

    5: - Mi - Dung

    Xt : Phn cch

    v chn khng.

    a b

    cd

    w

    w

    hS

    E

    Et

    END

    Dt

    DN

    Chn khng

    Vector : E = EN + Et ; D = DN + Dt

    Ta c: 0dE L

    0

    b c d a

    a b c d

    Trong : E = 0

    , , 02 2

    wt N Nh h

    E E E

    hh

    0h

    0

    0

    t

    t

    E

    D

    p Gauss:S

    Q dD S

    0 0 ; ; Nxungquanh

    D S

    N SD S Q S

    0N S ND E

    -

  • 156

    5: - Mi - Dung

    a b

    cd

    w

    w

    hS

    E

    Et

    END

    Dt

    DN

    Chn khng

    Tnh trong

    hh

    0

    0

    0

    t t

    N N S

    y

    xy

    x

    E D

    D E

    V dE L

    bn trong khng.

    trn vector

    lun vung gc .

    c tnh .

    -

  • 157

    5: - Mi - Dung

    V : Cho V = 100(x2 y2) v P(2, -1, 3) trn bin

    v chn khng. Tnh V, E, D, S P v trnh .

    P:2 2100 2 ( 1) 300PV V

    Do l trn c V=300V

    tch cc c V = 300V = 100(x2 y2) x2 y2 = 3

    Tnh2 2100 ( ) 200 200V x y x yx yE a a

    400 200 V/mP x yE a a2

    0 3,54 1,771 nC/mP P x yD E a a

    2

    , 3,96 /N P PD nC mD

    2

    , , 3,96 /S P N PD nC m

    -

  • 158

    5: - Mi - Dung

    quan l

    lun c khng c c

    v v dy khng.

    C thay tch v m

    khng lm thay cc trn .

    +Q

    -Q

    V = 0

    +Q

    V = 0

    -Q

    V = 0

    L

    L

    - L

  • 159

    5: - Mi - Dung

    V : Tnh tch S P(2, 5, 0)

    trn z = 0 c tch

    L = 30nC/m x = 0 v z = 3

    30nC/m

    x

    z

    P(2, 5, 0)

    y

    30nC/m

    x

    z

    P y

    -30nC/m

    R+

    R-

    p php soi .

    2 3+ x zR a a 2 3- x zR a a

    9

    0 0

    2 330.10

    2 2 13 13

    L

    R

    x y

    + R+

    a aE a

    9

    0 0

    2 330.10

    2 2 13 13

    L

    R

    x y

    R

    a aE a

    9

    0

    180.10249

    2 (13) V/mz+ - z

    aE E E a

    2

    0 2,20 /S NE nC m

  • 160

    5: - Mi - Dung

    Trong cc bn c 2 mang : Electron, v

    bn khi kim

    IV. Bn

    e e h h

    J, E

    Trong cc bn cc

    do electron ( ) di

    electron).

    Cc electron vng ha

    kch thch qua vng

    vng .

    bn :

    bn ln khi c (n-type, p-type)

  • 161

    5: - Mi - Dung

    Cc mi cc phn trong chn

    khng.

    1. Khi

    Cc phn khng phn qu trnh kim

    hay bn do chng tc nguyn v phn .

    Khi c tc ngoi, cc phn

    theo ra .

    Tnh : Cc mi c tch

    .

    thi bnh cc phn xoay theo cc khc

    nhau.

  • 162

    5: - Mi - Dung

    p l vector momen : p = Qd [Cm]

    1. Khi

    thi nhin, cc pi nhin p khng.

    pi cng tc ngoi) p kh .

    Qd

    E

    vi phn tch v c n p momen :

    1

    n v

    i

    i

    p p

    Vector phn P cho momen trn tch

    2

    01

    1lim [C/m ]

    n v

    iv

    ivP p

  • 163

    5: - Mi - Dung

    Xt mi c P = 0

    1. Khi

    Xt vi phn tch S tc E

    tc E, phn mi c : p = Qd

    ES

    S

    S

    +

    -+

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    +

    -

    d

    1cos

    2d

    1cos

    2d

    tch theo S dcos

    tch cng S

    tch m S

  • 164

    5: - Mi - Dung

    : n phn / m31. Khi

    phn theo S trong vi phn tch:

    bQ P S

    p Gauss cho kn:

    cosbQ nQd nQS d S

    Q nQp d P db

    S

    Q dP S

    0 b

    S

    Q d Q QE S

    0b

    S

    Q Q Q dE P S

    0 D E P

    Theo l Dive:

    S V

    d dvD S D

    V

    V

    Q dv

    VD

  • 165

    5: - Mi - Dung

    Trong E lun cng P, khng

    .

    1. Khi

    e : phn mi (kp)0eP E

    Ta c:0 0 0 0(1 )e eD E P E E E

    : phn1r e

    : l mi0 rD E E 0 r

    Trong E khng cng P

    0

    x xx x xy y xz z

    y yx x yy y yz z

    R

    z zx x zy y zz z

    D E E E

    D E E E

    D E E E

    D E

  • 166

    5: - Mi - Dung

    w

    Ett1S

    2

    1

    h

    Ett2

    DN2

    DN1

    Xt phn cch 2 mi

    0dE L

    1 2 0tt ttE w E w02 2

    wt N Nh h

    E E E

    0h 1 2 tt ttE E

    1 21 2

    1 2

    tt tttt tt

    D DE Edng D: 1 1

    2 2

    tt

    tt

    D

    D

    Xt EN : 1 2N N SD S D S Q S

    1 2 N N SD D0

    1 2 S

    N ND D

    1 1 2 2

    1 2

    2 1

    N N

    N

    N

    E E

    E

    E