Bài giảng Vật lý 2 - Chương 4: Từ trường tĩnh. Chương này cung cấp cho học viên những kiến thức về: khái niệm từ trường và các đại lượng đặc trưng; cảm ứng từ của các dòng điện; đường cảm ứng từ - từ thông; các định lý quan trọng về từ trường; lực từ tác dụng lên dòng điện; điện tích chuyển động trong từ trường; công của lực từ;... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG TĨNH http://phenikaa-uni.edu.vn NỘI DUNG I – K/N từ trường đại lượng đặc trưng II – Cảm ứng từ dòng điện III - Đường cảm ứng từ - Từ thông IV – Các định lý quan từ trường V - Lực từ tác dụng lên dịng điện VI - Điện tích chuyển động từ trường VII – Công lực từ I – TỪ TRỪỜNG & CÁC ĐL ĐẶC TRƯNG: – Tương tác từ - Từ trường: Tương tác từ: tương tác nam châm-nam châm, nam châm-dòng điện dòng điện với dòng điện Từ trường mơi trường vật chất xung quanh dịng điện tác dụng lực từ lên dòng điện khác đặt Hai nam châm trái dấu Hai nam châm dấu SS N SN N Nam châm Tương tác hai dòng điện I – TỪ TRỪỜNG & CÁC ĐL ĐẶC TRƯNG: – Vectơ cảm ứng từ, vectơ cường độ từ trường: → → Mỗi điểm từ trường đặc trưng vectơ cảm ứng từ B H vectơ cường độ từ trường Đơn vị đo cảm ứng từ B T (tesla) Đơn vị đo cường độ từ trường H A/m (ampe mét) µ0 = 4π.10-7 số từ đơn vị H/m (henry/mét) II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Định luật Biot – Savart - Laplace: → dB Vectơ cảm ứng từ gây phần tử dịng điện: → r O → dB • Có phương: vng góc với mp chứa phần tử dđ điểm khảo sát •Có chiều: theo qui tắc đinh ốc nắm tay phải • Độ lớn: • Điểm đặt: điểm khảo sát θ M → Id II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Nguyên lý chồng chất từ trường: → dB Vectơ cảm ứng từ gây dịng điện bất kì: → ∫ → r → B = dB M I → Id dd Vectơ cảm ứng từ gây nhiều dòng điện: → B= ∑ i → → → B2 B Bi → B1 II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Vectơ cảm ứng từ dòng điện thẳng: θ2 → B = dB B h → → Id ∫ → M → dd +dB ∫ = dB dd ∫ dd h.dθ h = h.cotgθ ⇒ = d = ; r sin θ sin θ θ r θ1 = B µµ Id.sin θ 4πr • Có phương: Vng góc với mp chứa dđ điểm khảo sát A → •Có chiều: Qui tắc đinh c hoc nm tay phi B ã ln: àà I B (cos θ1 − cos θ2 ) = 4πh • Điểm đặt: Tại điểm khảo sát II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Vectơ cảm ứng từ dịng điện thẳng: µµ I = B (cos θ1 − cos θ2 ) 4πh θ2 B h M → + B Nửa đ thẳng I θ1 µµ I B= 2πh A µµ I B= 4πh M M B A I A I B M thuộc đthẳng chứa dđ B=0 A I B M II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Vectơ cảm ứng từ dòng điện tròn: → d Bn dB α → M d Bt h ∫ ∫ ∫ ∫ µµ Id = dB dB.cos = α cos α ∫ ∫ ∫ 4πr dd dd = B r → → d B t + d Bn = d Bn B= = dB → → → → dd dd n dd dd dd • Có phương: Là trục vịng dây R O I → •Có chiều: Qui tắc đinh ốc nắm tay phải B • Độ lớn: µµ IR B= 2(R + h )3/2 • Điểm đặt: Tại điểm khảo sát II – CẢM ỨNG TỪ CỦA CÁC DĐ: – Vectơ cảm ứng từ dòng điện tròn: → B M h Tại tâm O µµ I µµ IR BO = B= 2 3/2 2R 2(R + h ) O R O α I → Mơmen từ dịng điện trịn: → Cung trịn chắn góc tâm α: pm BO( α ) α µµ I = π 4R → p m = I S Hay: p m = IS → pm Có phương vng góc mp dịng điện; có chiều xác định theo qui tắc đinh ốc nắm tay phải VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Điện tích chuyển động từ trường đều: Đt cđ thẳng a) Nếu vectơ vận tốc đầu v0 / / B ⇒ FL = theo hướng cũ → → b) Nếu vectơ vận tốc đầu v0 ⊥ B : → r → FL → v0 + B+ → → → FL r v0 → → Điện tích chuyển động tròn Lực Lorentz: Định luật II Newton: FL =| q | B.v = FL ma = n v2 m r mv Bán kính quĩ đạo:= r = const |q|B s 2πr 2πm = Chu kì quay: T= = v v |q|B VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Điện tích chuyển động từ trường đều: → → c) Nếu vectơ vận tốc đầu v0 tạo với B góc θ → Theo phương/ / B lực Lorentz = nên đt chuyển động thẳng → Theo phương ⊥ B lực Lorentz làm đt chuyển động tròn Kết quả: quĩ đạo đt đường xoắn dạng lò xo mv ⊥ mv0 sin θ = = r Bán kính xoắn: |q|B |q|B h v= v0 cos θ Bước xoắn:= / / T 2πm |q|B 2πm Chu kì: T = |q|B VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Đ/tích ch/động t/tr khơng – bẫy từ: Theo đl bảo tồn mômen động lượng: mv 2⊥ = L x mrv = = const ⊥ | q | B(x) 1/2 v 2⊥ v02⊥ B(x) ⇒ = ⇒ v⊥ = v0⊥ B(x) B0 B o (1) Lực Lorentz không làm thay đổi tốc độ, nên: v = v 2/ / + v ⊥2 = v02 x (2) Mà v / / = v cos θ; v ⊥ = v sin θ; v0⊥ = v0 sin θ0 1/2 B(x) (1), (2) suy ra: v / / = v0 1 − sin θ0 B0 x O → → v⊥ v θ → v VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Đ/tích ch/động t/tr khơng – bẫy từ: 1/2 B(x) v = v0 1 − sin θ0 B0 (3) (3) suy ra: đt khơng thể xun qua miền có B(x) lớn Nó bị phản xạ ngược trở lại điểm có hồnh độ xh có B(x) = Bh thỏa: B0 Bh = sin θ0 Nếu từ trường có dạng đối xứng qua mp x = hạt điện tích rơi vào từ trường bị bắt bẫy, chuyện động xoắn ốc qua lại hai mặt phẳng x = xh x = – xh Ta nói hạt điện tích bị rơi vào bẫy từ VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Đ/tích ch/động t/tr khơng – bẫy từ: VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Hiệu ứng Hall: → + + j +++++++ + + - - - - → j → B Nguyên nhân: lực Lorentz tác dụng lên đt chuyển động từ trường Hiện tượng xuất điện tích trái dấu bề mặt vật dẫn tải điện đặt từ trường gọi hiệu ứng Hall VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: – Hiệu ứng Hall: Hiệu điện Hall Fd = FL | q | E =| q | Bv UH j =B d n 0q Bjd U = = R H Bjd H n 0q RH = n 0q h/số Hall VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: - Ứng dụng: VI – ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƯỜNG: - Ứng dụng: VII – CÔNG CỦA LỰC TỪ: = A ∫ Fdx = ∫ BI.dx = ∫ BIdS = A = I.∆Φ m ∫ → I.dΦ m → F + I dx B TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ: ĐIỆN Xung quanh điện tích có điện trường TỪ Xung quanh dịng điện có từ trường Đặc trưng cho điện trường Đặc trưng cho từ trường tại điểm vectơ vectơ cảm điểm cường độ điện trường E ứng từ B Vectơ cđđt gây điện tích điểm: → → Q r Q → = E k= e 2 r εr r 4πεε0 r Vectơ cảm ứng từ gây yếu tố dịng điện: µµ0 → → dB = [Id , r ] 4πr → TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ: ĐIỆN Hằng số điện: ε0 = 8,85.10 – 12 F/m TỪ Hằng số từ: µ0 = 4π.10 – H/m Hệ số từ mơi: µ Hệ số điện mơi: ε Vectơ cảm ứng điện: → Vectơ cảm ứng từ: → → D = εε0 E B= H µµ Đường sức từ Đường sức điện Điện thông ΦE → ∫ → → ∫ → → Φ E = E d S Từ thông Φm Φ m = B d S (S) (S) http://phenikaa-uni.edu.vn TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ: ĐIỆN Lực điện trường: → → → → ∑ EdS = ∫ εε Định lý O – G: ∫ AB → E d = U AB → → Bd S = 0 Lưu thông vectơ cđđt → ∫ q trong(S) (S) → → FL = q[v, B] Định lý O – G: → → → Lực từ: d F = [Id , B] F = qE → TỪ (S) Lưu thông vectơ cđtt ∫ → → Hd = (C) ∑I k k http://phenikaa-uni.edu.vn Ứng dụng http://phenikaa-uni.edu.vn Ứng dụng http://phenikaa-uni.edu.vn ... K/N từ trường đại lượng đặc trưng II – Cảm ứng từ dòng điện III - Đường cảm ứng từ - Từ thông IV – Các định lý quan từ trường V - Lực từ tác dụng lên dòng điện VI - Điện tích chuyển động từ trường. .. Công lực từ I – TỪ TRỪỜNG & CÁC ĐL ĐẶC TRƯNG: – Tương tác từ - Từ trường: Tương tác từ: tương tác nam châm-nam châm, nam châm-dòng điện dòng điện với dòng điện ? ?Từ trường môi trường vật chất... CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG: Từ trường Trái Đất: III – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG: – Từ thông: Từ thông gởi qua yếu tố diện tích dS → → dΦ m = BdS cos α = B d S → → → n B α dS → d S = n dS Từ thông