Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 7 th s đỗ quốc huy

BÀI GIẢNG VLĐC Chương 7: THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL Th.S Đỗ Quốc Huy MỤC TIÊU Sau học xong chương này, SV phải : Nêu luận điểm thuyết Điện – Từ Maxwell Viết phương trình Maxwell Nêu tính chất sóng điện từ NỘI DUNG I – Nội dung thuyết Điện – Từ Maxwell II – Sóng điện từ tự I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Đặt vần đề: Dòng điện sinh từ trường Từ trường biến thiên làm suất dòng điện mạch kín Các điện tích xuất máy bay bay phi cơng quan sát điện trường; người đất quan sát từ trường Vậy, điện trường từ trườngcó mối quan hệ nào? – Maxwell người trả lời câu hỏi Nội dung thuyết Maxwell gồm luận điểm: I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Luận điểm – điện trường xoáy: “Mọi từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy”    B B  L Ed   S t dS (1)   B rot E   t (2) E (1) (2) pt Maxwell – Faraday dạng tích phân vi phân I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Luận điểm – điện trường xoáy: Trong hệ tọa độ Descartes, toán tử  i   rot E  x Ex  j  k  y Ey  z Ez (2) Tương đương với: E z E y Bx  y  z   t   E x E z B y    x t  z  E y E x B z     y t  x I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Luận điểm – dòng điện dịch: “Mọi điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường” Điện trường biến thiên theo thời gian tương đương với dòng điện, Sinh Dịng Từ điện trường Maxwell gọi dòng điện dịch Điện trường bt Dòng điện dịch Do biến thiên điện trường sinh ra, chuyển động có hướng điện tích Khơng tỏa nhiệt Joule - Lenz I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Luận điểm – dòng điện dịch: Phương trình Maxwell – Ampère:  Dạng tích phân:    Hd   (C)  (S)  D  ( j )d S t  Dạng vi phân:   D rot H  j  t  j : mật độ dòng điện dẫn  D   j dich : mật độ dòng điện dịch t (4) (3) I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy Điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường Như vậy, điện trường từ trường không tồn độc lập mà liện hệ chặt chẽ vời nhau, chuyển hóa lẫn nhau, tạo thành trường – trường điện từ Trường điện từ Maxwell nêu lên để diễn tả định lượng, ông thiết lập phương trình – gọi hệ phương trình Maxwell I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Dạng tích phân Dạng vi phân     B rot E   t (1a)    D (2a) rot H  j  t  div D   (3a)   Ed    (C)  (S) B  d S t (1b)     Hd    (C)  (S)   D  (2b) ( j )d S t   Dd S  q trong(S) (3b) (S)  div B  (4a)  (S)   Bd S  (4b) I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Ngồi cịn có phương trình liên hệ:   Môi trường điện môi: D  0 E  Môi trường điện dẫn: Môi trường từ môi:  j  E  (5) (6)  B  0 H (7) I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Năng lượng điện từ trường: Bằng tổng lượng điện trường lượng từ trường: W  WE  Wm W  (V) E dV   (V) m dV   (E  m )dV  (V)  dV (V)   Trong đó:       E D  B H E m Là mật độ lượng điện từ I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: – Ý nghĩa thuyết Maxwell: Là bước phát triển hoàn thiện hiểu biết người điện, từ Thuyết Maxwell khơng giải thích triệt để tượng điện từ biết mà cịn cho phép tiên đốn tồn sóng điện từ (mà gần 30 năm sau thực nghiệm xác lập được) Nghiên cứu lý thuyết tính chất sóng điện từ, Maxwell khẳng định ánh sáng sóng điện từ II – SĨNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: – Phương trình sóng điện từ tự do: Điện từ trường lan truyền không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ Sóng điện từ lan truyền chân khơng gọi sóng điện từ tự Hệ pt Maxwell mơ tả sóng đt tự do:    B (1a) rot E   t  div D    (3a)  D (2a) rot H  t  div B  (4a)   D  0 E  (5)  B  0 H (7) II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: – Tính chất tổng quát sóng điện từ tự do: Sóng điện từ có đầy đủ tính chất sóng học như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa Ngồi cịn có tính chất tổng qt sau: a) Sóng điện từ sóng ngang b) Sóng điện sóngOđiện từ truyền môi trường vật chất chân không c) Vận tốc lan truyền sóng điện từ chân khơng c 0 0  3.10 m / s d) Sóng điện từ có mang lượng II – SĨNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: – Thang sóng điện từ: II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: – Ứng dụng sóng điện từ: a) Trong thơng tin liên lạc vơ tuyến: b) Nấu nướng sóng điện từ (lò viba):