Từ trường và Cảm ứng từ

Chương 10 Từ trường Cảm ứng từ Nguyễn Tiến Hiển - Bộ môn Vật lý Email: nguyentienhien@vnua.edu.vn Webpage: http://fita.vnua.edu.vn/nthien/ Từ trường v Tương tác từ  F S N S  F N Tương tác từ 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển Từ trường v Tương tác từ o Kết luận: Tương tác từ tương tác § Nam châm - Nam châm § Nam châm - Dịng điện § Dịng điện - Dịng điện o Bản chất tương tác từ: tương tác hạt điện tích chuyển động với o Từ tính nam châm dòng điện phân tử bên gây 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển Từ trường v Khái niệm o “Từ trường dạng vật chất tờn tại xung quanh dịng điện (các hạt điện tích chuyển động), nhân tớ trung gian trùn tương tác giữa dịng điện với Từ trường cũng một dạng đặc biệt của trường điện từ” o Cơ chế tương tác từ N 10/24/2020 – No S Nguyễn Tiến Hiển F~ N S Từ trường A B N 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển S Từ trường a 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển Từ trường v Quy tắc vặn đinh ốc xác định chiều véc tơ cảm ứng từ o “Đặt đinh ốc theo chiều dòng điện, quay cho đinh ốc tiến theo chiều dịng điện chiều quay đinh ốc điểm chiều véc tơ cảm ứng từ điểm đó” Chiều dịng điện Chiều dịng điện Chiều từ trường 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển Từ trường v Nguyên lý chồng chất từ trường o Cho phép tìm véc tơ cảm ứng từ tồn dịng điện gây điểm Véc tơ cảm ứng từ dịng điện bất kỳ gây điểm tổng véc tơ cảm ứng từ phần tử dịng điện gây điểm n   B   Bi i 1 o Dưới dạng tích phân   Bi  dBi ; n    B 10/24/2020 – No   dB Tồn dịng Nguyễn Tiến Hiển Từ trường v Ví dụ: Từ trường dây dẫn có cường độ I thẳng dài vô hạn R 10/24/2020 – No Nguyễn Tiến Hiển M Từ trường v Ví dụ: Từ trường dây dẫn có cường độ I thẳng dài vô hạn       Id   r dB  4 r3 0 I B d  sin  B   dB  4 A r2  R  Rd  cot   d  sin  R sin2   0 I d  sin  0 I cos 1  cos 2  B   4  R 4R  dB R r  1  0;2    B  10/24/2020 – No 10 0 I 2R Nguyễn Tiến Hiển    Id   r M Hiện tượng cảm ứng điện từ v Thí nghiệm Faraday 1 2 o Khi nam châm (ống dây có dịng điện) chuyển động có dịng điện xuất chạy qua điện kế 10/24/2020 – No 34 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Nhận xét o Nam châm dịch chuyển, ống dây có dịng điện dịch chủn o Thay đởi dịng điện dịch chủn lõi sắt từ thông qua ớng dây biến thiên Ngồi khơng cịn biết đổi khác ống dây o Đảo chiều nam châm hay ống dây kim điện kế dịch chuyển theo hướng ngược lại o Độ lệch của kim điện kế phụ thuộc vào tốc độ di chuyển nam châm ống dây o Mọi dịch chuyển dẫn dến thay đổi từ thông gửi qua ống dây 10/24/2020 – No 35 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Kết luận Faraday o Sự biến đổi từ thơng gửi qua mạch kín ngun nhân sinh dịng điện cảm ứng mạch o Dịng điện cảm ứng tồn từ thông gửi qua mạch kín thay đổi o Cường độ dịng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi từ thông gửi qua mạch v Khái niệm o Vậy “hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng mạch điện từ thơng qua mạch biến thiên” 10/24/2020 – No 36 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Định luật Lens o “Dòng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường mà sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh nó” o Nếu từ thơng qua mạch kín tăng từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường gây o Nếu từ thơng qua mạch kín giảm từ trường cảm ứng chiều với từ trường gây 10/24/2020 – No 37 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Suất điện động cảm ứng o Giả sử có vịng dây dẫn kín dịch chuyển từ trường khơng cho từ thơng qua vịng dây thay đổi gây suất điện động cảm ứng vòng dây o Gọi dA công lực từ tác dụng lên vòng dây khoảng thời gian dt, dA  I cd M o Theo định luật Lens công lực từ cản trở dịch chuyển vòng dây để dịch chuyển vịng dây ta cần phải tốn cơng dA’ công dA trị số dA '  dA  I cd M 10/24/2020 – No 38 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Suất điện động cảm ứng o Mặt khác theo địn luật bảo toàn lương, cô ng học dA’ chuyển thành năng lượng của dòng cảm ứng Nếu gọi ξc śt điện động cảm ứng năng lượng của dịng cảm ứng sinh khoảng thời gian dt là: o Vậy dE c  c I cdt  dA ' dA '  dA  c I cdt  I c  d M o “Suất điện động cảm ứng trị số trái dấu với tốc dộ biến thiên từ thông gửi qua diện tích mạch điện”  c   10/24/2020 – No 39 d M dt Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng cảm ứng điện từ v Một vài ứng dụng 10/24/2020 – No 40 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng tự cảm v Thí nghiệm o Mạch điện 1: Đèn sáng tối bình thường đóng ngắt khó K o Mạch điện 2: Đóng khóa K đèn sáng từ từ, ngắt khóa K đèn tắt từ từ Khi đóng khóa K kim điện kế lệch a, ngắt khóa K kim điện kế lệch b trước quay trở lại vị trí cân o Kết luận: Rõ ràng ngắt khóa K có dịng điện xuất mạch làm đèn tắt làm kim điện kế lệch bị trí b trước quay trở 10/24/2020 – No 41 Nguyễn Tiến Hiển Hình Đ Hình Đ b a Hiện tượng tự cảm v Giải thích o Bật khóa K, i tăng ==> Φm gửi Đ b a qua ống dây L tăng ==> xuất dòng điện tự cảm ic mạch có chiều chống lại việc tăng i ==> cuộn cảm L tích trữ phần lượng dạng lượng từ trường làm đén sáng từ từ o Ngắt khóa K, i giảm ==> Φm gửi qua ống dây L giảm ==> xuất dòng điện tự cảm ic mạch có chiều chống lại việc giảm i ==> cuộn L giải phóng lượng tích trữ làm đèn tắt từ từ 10/24/2020 – No 42 Nguyễn Tiến Hiển Hiện tượng tự cảm v Định nghĩa o Hiện tượng tự cảm tượng xuất dịng điện cảm ứng thay đổi dòng điện chạy mạch gây v Suất điện động tự cảm tc   M d M ; mà  M  i dt di  Li  tc  L dt L hệ số tự cảm ống dây, đơn vị henri (H) o “Trong mạch điện đứng n khơng thay đổi hình dạng, suất điện động tự cảm tỉ lệ thuận trái dấu với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện mạch” 10/24/2020 – No 43 Nguyễn Tiến Hiển Năng lượng từ trường R L K I0 Đóng K I0 10/24/2020 – No 44 Nguyễn Tiến Hiển Ngắt K Năng lượng từ trường v Năng lượng ống dây (cuộn cảm) R o Áp dụng định luật Ohm di    tc  iR ; tc  L dt di  L  iR dt o Nhân hai vế với idt L K I0 Đóng K idt  Lidi  i 2Rdt o => Năng lượng từ trường dWm  Lidi o Trong trình I0 Wm   dWm    Lidi  10/24/2020 – No 45 I0 Li Nguyễn Tiến Hiển Ngắt K Năng lượng từ trường v Năng lượng từ trường o Năng lượng từ trường Li o Năng lượng tồn khoảng khơng gian có từ trường (tức tồn thể tích ống dây) o Mật độ lượng từ trường Wm  Wm 1 n 2S  1 n2 i  m   Li    0   0  i V  S     S  n B2 B  0  i  m   0  10/24/2020 – No 46 Nguyễn Tiến Hiển Năng lượng từ trường v Năng lượng từ trường o Từ trường mang lượng o Năng lượng từ trường định sứ khoảng khơng gian có từ trường (khoảng khơng gian giới hạn thể tích ống dây) o Mật độ lượng từ trường B2 m  0  o Biểu thức áp dụng cho từ trường 10/24/2020 – No 47 Nguyễn Tiến Hiển Hết Chương 10 Nguyễn Tiến Hiển - Bộ môn Vật lý Email: nguyentienhien@vnua.edu.vn Webpage: http://fita.vnua.edu.vn/nthien/