Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 4 pgs ts nguyễn thành vấn

.c om an co ng CHƯƠNG cu u du o ng th TỪ TRƯỜNG TĨNH TRONG CHÂN KHÔNG CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 4: TỪ TRƯỜNG TĨNH TRONG CHÂN KHÔNG c om Nội dung • Tác dụng từ trường • Tương tác từ lên mạch điện kín • Từ trường ng • Cơng lực từ co • Định lý Ampere th an • Định luật Ampere • Từ trường hạt điện chuyển động du o ng Chuẩn đầu cu u • Hiểu khái niệm từ trường tĩnh • Nắm định luật tương tác từ • Vận dụng giải toán cụ thể từ trường, lực từ, lượng từ, chuyển động hạt mang điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ng c om PHẦN A DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI an co 4A.1 DỊNG ĐIỆN, MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN cu u du o ng th 4A.1.1 Dịng điện: dịng điện dịng chuyển dời có hướng hạt mang điện 4A.2.2 Cường độ dòng điện: Đặc trưng định lượng dòng điện độ lớn điện tích chuyển qua diện tích đơn vị thời gian Chiều dòng điện chiều chuyển động hạt mang điện CuuDuongThanCong.com dq I dt https://fb.com/tailieudientucntt ng co dI j dS n c om 4A.3.3 Vectơ mật độ dòng điện: véctơ mật độ dòng điện điểm có độ lớn cường độ dịng dI chuyển qua yếu tố diện tích dSn đặt vng góc với hướng chuyển động hạt mang điện điểm cu u du o ng th an Hướng j hướng chuyển động hạt mang điện tích dương Khi biết véctơ mật độ dịng điểm khơng gian, ta tìm cường độ dịng điệnqua diện tích bất kỳ:   I   j.dS S ⇒ Dịng điện có cường độ khơng thay đổi theo thời gian gọi dịng dừng, cịn dịng điện có hướng cường độ khơng đổi gọi dịng khơng đổi (dịng điện chiều) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4A.2 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC co an du o ng th Định luật bảo tồn điện tích: Cơng thức Ostrogradsky – Gauss: cu v v nên: dq dt j CuuDuongThanCong.com Hình 4A.2: v t   dq S j.dS   dt     A.dS   divAdv S u S jdv S S Hình 4A.1: S j.dS j j ng  j.dS   c om Tưởng tượng có diện tích S nằm mơi trường có dịng điện chạy qua Trong đơn vị thời gian điện tích khỏi thể tích v bao S (thơng   lượng j ) là: t dv v Trong đó: q   dv v Được gọi phương trình liên tục https://fb.com/tailieudientucntt .c om 4A.3 LỰC LẠ VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG co ng Xét hai vật dẫn 2: vật mang điện dương điện V1, vật mang điện âm có điện V2 Do V1 > V2 nên có điện trường hướng từ sang ng th an Nối dây dẫn M: điện tích dương chuyển động từ sang điện tích âm chuyển động từ sang Kết dây M xuất dòng điện, điện V1 giảm dần điện V2 tăng dần, cuối V1 = V2 , dòng điện triệt tiêu cu u du o Để trì dịng điện ta phải thiết lập hiệu điện V1V2 Muốn vậy, cần phải đưa điện tích dương từ trở (hay điện tích âm từ 2) Nhưng tác dụng điện trường tĩnh gây hai vật 2, dịch chuyển xảy Để thắng lực cản điện trường tĩnh nói trên, ta phải tác dụng lên điện tích lực chất lực tĩnh điện Lực gọi lực lạ Trường tạo lực lạ gọi trường lạ: * * F  qE CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2   c om Công mà lực lạ thực để đưa điện tích q từ điểm đến điểm 2: ng A12  F* d  q E* d co du o ng th an Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh nguồn điện gọi sức điện động nguồn điện kí hiệu , công để làm dịch chuyển đơn vị điện tích dương dọc theo mạch điện A12 12   E* d q cu u  CuuDuongThanCong.com *     E d  C https://fb.com/tailieudientucntt 4A.4 ĐỊNH LUẬT OHM – ĐIỆN TRỞ CỦA VẬT DẪN ng co U I R c om Định luật Ohm: Cường độ dòng điện I chạy dây dẫn kim loại đồng tỉ lệ với hiệu số điện hai đầu dây U: th an R điện trở dây dẫn, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước tính chất kim loại tạo nên dây dẫn du o ng  Dây dẫn hình trụ đồng nhất: R   S cu u Với  (m): độ dài dây dẫn; S (m2): tiết diện dây dẫn; ρ (Ωm): điện trở suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4A.4 ĐỊNH LUẬT OHM – ĐIỆN TRỞ CỦA VẬT DẪN Định luật Ohm dạng vi phân d dS j cu u du o ng th an co ng c om Trong dây dẫn đồng nhất, chuyển động có E hướng hạt mang điện dọc theo hướng véctơ E hướng E j trùng Với σ (S/m): đại Tưởng tượng lân cận điểm cần nghiên lượng nghịch cứu dây dẫn ta lấy hình trụ có đảo ρ, đường sinh song song với E có chiều dài gọi độ dẫn d có tiết diện đáy dS Như ta có điện vật liệu dịng jdS chạy qua tiết diện đáy hình trụ làm nên dây dẫn Hiệu điện hai đáy hình trụ Ed Sử dụng định luật Ohm cho hình trụ dây dẫn ta có: U dS  j  E  E I   jdS  Ed  j E  R d  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4A.4 ĐỊNH LUẬT OHM – ĐIỆN TRỞ CỦA VẬT DẪN Trong trường hợp đoạn mạch có lực lạ:  c om  j   E  E* ng th an V1  V2  12 I R co ng Cường độ dòng đoạn mạch xác định: cu u du o Điện trở suất ρ đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện vật liệu tạo nên dây dẫn Với tuyệt đại đa số kim loại, ρ tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối:   o 1    T  To  CuuDuongThanCong.com Với To = 293 K = 20oC; α hệ số nhiệt điện trở suất https://fb.com/tailieudientucntt .c om  Mômen ngẫu lực trục quay (Δ) tác dụng lên khung: co ng hay cu u du o ng th an  Mômen từ mạch điện: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Công ngẫu lực từ khung quay từ vị trí góc α đến α + dα dA  pm B sin d c om dA  Md ng  Công ngẫu lực từ để đưa khung từ vị trí góc α đến vị trí cân (α = 0): co A    pm B sind  pm B(1  cos ) th an  du o ng  Công ngẫu lực từ độ giảm lượng khung dây điện từ trường: cu u Wm ()  Wm (0)  pm B(1  cos)  pm B cos  (pm B cos0)  Năng lượng khung dây điện từ trường vị trí góc α   Wm ()  pm B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ng c om 4B.7 CÔNG CỦA LỰC TỪ an dS I M’ M th du o    B  n + +  F cu u  ng F  I  B      nên dA  F.dx  I(   B)dx     IB(dx  )    Từ hình vẽ, ta thấy dx    ndS  Suy dA  IBndS  Id m co Thanh chịu  tác dụng  lực từ: d m số gia từ thông gửi qua khung chuyển động CuuDuongThanCong.com N’ N dx https://fb.com/tailieudientucntt .c om  Cơng lực từ tác dụng lên tồn mạch mạch di chuyển từ vị trí đến vị trí 2:  co ng A12  Idm  Im  I   m2   m1  ng th an cu u du o  Kết luận: Khi dây dẫn có dịng điện khơng đổi I  chạy qua, di chuyển từ trường B cơng lực từ tác dụng lên dây dẫn tích số cường độ dịng điện I với độ biến thiên từ thông qua dây dẫn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4B.8 TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT HẠT CHUYỂN ĐỘNG: c om 4B.8.1 Vectơ cảm ứng từ hạt chuyển động th an co ng    Từ trường dB phần tử dòng điện Id  gây điểm cách khoảng r:     Id   r dB  4 r cu u du o ng  Cường độ dòng điện đo điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn thời gian dt: q I dt    d Id   q  qv dt CuuDuongThanCong.com   qv  r dB  4 r  Id  0 qv  r B 4 r https://fb.com/tailieudientucntt 4B.8.2 Lực Lorentz Id  qv  F  Id  B  q(v  B) c om Ta có:   F lực từ tác  dụng lên điện tích q chuyển động với vận tốc v ng từ trường B    F  qv  B cu u   B du o  B F  qvB sin  ng th an co  F q0  v  q0  v  F CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4B.8.2 .c om  Lực từ tác dụng lên  hạt điện chuyển động với vận tốc v từ trường B :   co an F  qvB sin  th Độ lớn: ng  F  qv  B du o ng  Lực từ tác dụng lên hạt điện đặt từ trường điện trường: cu u     F  qE  qv  B (Lực Lorentz) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om MÁY GIA TỐC mv  evH R mv R eH 2R 2m T  v eH CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CÁC MÁY GIA TỐC c om  Khi hạt có vận tốc không lớn an co ng  Khi hạt có vận tốc lớn v 1 c cu u du o ng th m m0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu Cyclotron CERN, CH-1211 Geneva, Switzerland CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt du o ng th ng Thay đổi chu kì nguồn điện để phù hợp với chu kì quay hạt (Máy Phazotron) co an Thay đổi từ trường H cho m/H không đổi, nên chu kì T hạt khơng đổi (Máy Syncrotron) c om KHẮC PHỤC Có hai phương pháp cu u Các loại máy khác: Syncrotron-phazotron (Liên Xô) sử dụng đồng thời hai phương pháp (104MeV); Betatron gia tốc electron đến 300MeV CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt