bài giảng vật lý đại cương nxb cần thơ 2015 dương quốc chánh tín 78 trang

MỤC LỤC

1.1 Khái niệm mở đầu 1.2 Dinh luat Coulomb

VE DONG DIEN KHONG DOI 2.1 Bản chất và các đại lượng đặc trưng của dòng điện 2.2 Định luật Ohm trong đoạn mạch đồng chất, điện trở 2.3 Thế điện động, định luật Ohm tông quát

2.4 Thế điện động, định luật Ohm tong quat

2.5 Công và công suất đòng điện không doi, Dinh luat Joule — Lentz - 2.6 Ung dung - ma dién

BAI TAP CHUONG 2

3.1 Tương tác từ Dinh luat Ampere

27

27 28 31

33 37 39 40 4] 43 — 46 46 48 20 53 54

Chương S

5.1 Su phan cực ánh sáng 5.2 Sự tán sắc ánh sáng 5.3 Sự hấp thụ ánh sáng 5.4 Su tán xạ ánh sáng 5.5 Ứng dụng

BAI TAP CHUONG 5

6.1 Hiệu ứng quang điện 6.2 Hiện tượng phát quang 6.3 _ Hiện tượng phát quang 6.4 Hiện tượng quang hợp 65 Ứngdụng _

BÀI TẬP CHƯƠNG 6

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Grete) dainh rà Loc 7 ph ("am V0 Ju ah

65 65 65 66 66 68 70 73

dactin@ eh edu vn

1.1 Khái nệm mở đầu 1.1.1 Sự nhiễm điện

Ta đã biết một số vật khi cọ sát vào lụa, len, lông thú, có khả nang hút được các vật ©

nhẹ, ta nói chúng bị nhiễm điện hay trên vật đã có điện tích :

Thực nghiệm đã xác nhận:

Trong tự nhiên chỉ có 2 loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm lhủy tính cọ

sát vào lụa tích điện dương, hay êbônít cọ sát vào đạ tích điện âm

Điện tích trên một vật bất kì có cấu tạo gián đoạn, luôn luôn bằng một bội số nguyên

lần điện tích nguyên tô - là lượng điện tích nhỏ nhất có giá trie = 1,6.10C Trong số các hạt mang điện tích nguyên tố có proton và electron Proton mang điện tích dương +e, có

khối lượng mụ = 1,67.10”7 kg; electron mang điện tích âm —e, có khối lượng m, = 91.10”! kg

|

Nguyên tử của mọi nguyên tố đều duoc cau tạo bởi một hạt nhân mang điện tích

dương và các electron chuyển động xung quanh Bình thường, nguyên tử có số proton và số electron bằng nhau, nên trung hòa về điện Nếu vì một lý do nào đó, nguyên tử bị mất đi một :

hoặc nhiều electron, nó sẽ mang điện dương và trở thành ion dương Ngược lại, nếu nguyên tử nhận thêm electron, nó sẽ tích điện âm và trở thành ion âm ch

_ Như vậy, quá trình nhiễm điện của các vật chính là quá trình chúng nhận thêm, hay ` mắt đi một số electron so với lúc vat ay không mang điện | : 1.1.2 Định luật bảo toàn điện tích

Thuyết dựa vào sự chuyên đời của electron để giải thích các hiện tượng điện khác nhau của vật được gọi là thuyết electron Dựa trên thuyết này, người ta đã giải thích được rất

nhiều hiện tượng điện một cách định tính và cả định lượng

Dựa vào thực nghiệm ta thấy: sự xuất hiện điện tích trên một vật nào đó bao giờ cũng kèm theo sự xuất hiện điện tích khác loại với nó, bằng nó về độ lớn và ở trên vật khác hay ở

các phân khác trên cùng một vật Mọi quá trình nhiễm điện đều là quá trình tách và phân bố

lại các điện tích Tức là: “các điện tích không tự sinh ra, không tự mất đi, nó chỉ truyền từ

vật này sang vật khác hay dịch chuyển bên trong vật mà thôi” Nói cách khác: “tổng đại số

các điện tích trong hệ cô lập được bảo toàn” (định luật bảo toàn điện tích)

1.1.3 Chất dẫn điện và chất cách điện

Một vật được gọi là dẫn điện khi điện tích có thể chuyển động tự do trong toàn bộ vật

Chất cách điện (hay điện môi) không có tính chất trên, điện tích định sứ ở đâu đó trên

Ngoài ra còn có một số chất có tính trung gian giữa chất dẫn điện và điện môi, ta gọi

1.2 Định luật Coulomb

Öò _ Thực nghiệm chứng tỏ răng các điện tích luôn tương tác với nhau: các điện tích cùng dầu đây nhau, trái dấu thì hút nhau Tương tác giữa các điện tích đứng yên gọi là tương tác tĩnh điện (hay tương tác Coulomb) |

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

Năm 1785 Coulomb đã thiết lập được một định luật trên cơ sở thực nghiệm, cho ta xác định được lực tương tác giữa các điện tích điểm Diện tích điểm là một vật mang điện có kích thước nhỏ không đáng kể so với khoảng cách từ điện tích đó đến những điểm hay những vật mang điện khác mà ta đang khảo sát

1.2.1 Định luật Coulomb trong chân không

Giả sử có 2 điện tích điểm q¡, q; đặt cách nhau một khoảng r trong chân không Định

luật Coulomb phát biểu như sau:

“Lực tương tác tĩnh điện giữa 2 điện tích điểm có phương năm trên đường thẳng noi liền 2 điện tích, có chiêu hướng xa nhau nếu hai điện tích cùng dấu, và hướng về nhau nễu 2 _ điện tích trái dấu, có độ lớn tỷ lệ thuận với tích độ lớn 2 điện tích, tỷ lệ nghịch với bình

phương khoảng cách giữa chúng `

F — k 11

Ta có thể biểu diễn định luật Coulomb duéi dang vecto Goi qi, q› là si trị đại sô của 2 điện tích, È,, là lực của điện tích qị tác dụng lên điện tích q đặt tại q;, F,, là lực do điện tích q› tác dụng lên điện tích q¡ đặt tại qị, ñ; là bán kính vectơ có hướng từ điện tích q¡ đến điện tích da, E,„ là bán kính vectơ có hướng từ điện tích q; đến điện tích q¡ Khi ay ta có:

" Nếu q¡.qa < 0 (qì; q› trái dau), Fa va V9 1) 270

Trong hé SI:

Don vị của điện tích là Coulomb (C)

k “te = 9.10 (Nm’*/C’) (trong chân không): hệ số tỷ lệ c¿ =8,86.1072 (C’/Nm”): hằng số điện

| 18; Hy và E,, } 44 Pr

(1.1) &(1.2) cho ta: F„ =

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

1.2.2 Định luật Coulomb trong các môi trường Bảng hằng sô điện môi một sô chất

Thực nghiệm còn chứng tỏ răng lực tương tác trong môi Chât ©

trường giảm di e lần lực tương tác trong chân không Chân không |

Nêu một hệ điện tích điểm qụ, q›, , qạ và một điện tích ;

"thử qọ thì tống hợp lực tác dụng của hệ lén qo la Nước - BaliOx I _ c>1000

F=R+E+ +F, 1.3 Điện trường

Gia sur dat mot dign tich thir qo tai mét diém M nao dé trong điện trường, điện tích nay phải có giá trị đủ nhỏ để không làm ảnh hưởng đến điện trường đang xét

Thực nghiệm chứng tỏ rang tỉ số giữa lực tác dụng lên điện tích thử dqọ với điện tích qạ

không phụ thuộc vào qo ma chi phu thuộc vào vị trí điểm M Từ đó, người ta có thê dùng đại

lượng này để đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực - gọi là cường độ điện trường E= kã

Néu chon qọ= 1 thì E=F.Vậy: vecfơ cưởng độ điện trường tại một điểm là đại lượng _

vecto co gid tri bang luc tac dung cua điện trường lên một đơn vị điện tích đương đặt tại

- F 1 qf q<0 M = q>0 M

dạ ATEE, reer ( ) hinh 1.2

Nếu q >0 = E hướng ra xa điện tích Nếu q <0 = Ê hướng ngược lại

Độ lớn E=— 1l Anes, r |

1.3.3 Vectơ cường độ điện trường gây ra bởi một hệ điện tích điểm

Xét một hệ điện tích qị, đa›- , Gn phân bô không liên tục trong không gian Đê xác định cường độ điện trường tại một điểm nào đó gầy ra bởi hệ điện tích, ta giả sử tại đó đặt điện tích thử qọ Lực tông hợp tác dụng lên qọ là:

F= »Ế

Ths Dương Quốc Chanh Tin Vật lý đai cương

Điện trường Ẽ=-E đọ = 2 phy és, hay Ê=})Ê, đọ đọ | (15)

Vậy “Vectơ cường độ điện trường gáy ra bởi một hệ điện tích điểm bằng tổng vecto’

cường độ điện trường gây ra bởi từng điện tích lại điểm ấy” (nguyên lý chồng chất điện

Với phân bồ đài: dq = di (2.: mật độ điện tích dài): E= | ——

phan b6 mat: dq = odS (o: mat dO dign tich mat): E = ———

Lưỡng cực điện là một hệ hai điện tích điểm —q và +q đặt tại 2 điểm cách nhau một

khoảng l rất nhỏ so với khoảng cách từ lưỡng cực đến các điểm mà ta khảo sát Để đặc trưng cho tính chất điện của lưỡng cực người fa dùng đại lượng vectơ mô men lưỡng cực p, =ql (7 hướng từ -q tới +q) Đường thẳng nỗi hai điện tích gọi là trục lưỡng cực

* Xác định cường độ điện trường tại điểm M trên đường trung trực của lưỡng

ThS Dương Quốc Chánh Tín

Vật lý đai cương _ Bang phuong phap tương tự, chúng ta có thé xác định được vectơ cường _~ độ điện

trường E gây ra bởi lưỡng cực điện tại điệm N năm trên trục của lưỡng cực và cách tâm O

* Tác dụng của điện trường đều lên lưỡng cực

G1ả sử lưỡng cực điện p, được đặt trong điện trường đều E, va

nghiêng so với đường sức điện trường một góc 9

_ Lưỡng cực sẽ chịu tác dụng của mot ngau luc F, va F, có cánh tay đòn Isin0

Mômen ngẫu lực: M = AF, =1AqE, = qlaE, =5, AE,

b Dién trường của các điện tích phân bồ đầu trên một dây thắng đài vô hạn

0 1

6;

>=#z=— 47c6,r j [sin 0.d0 = 4168 yr (cosØ, — cos0 )

Néu dây dài vô hạn thì: Ú, =0 và 0 =z

>#= x 2NEE Fr

Trong truéng hợp tông quát 2 có thé dương hoặc âm nên F = 5 (1.8) Z6£ạr

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương —— c Cường độ điện trường gây ra bởi một đĩa tròn mang điện đều

Xét một đĩa tròn bán kính a tích điện đều với mật độ điện mặt 6ø Đề xác định cường

độ điện trường gây ra bởi đĩa tròn tại điểm M ta xét một lượng vi phan nho dS xac định bởi 2 vòng tròn tâm O bản kính x và x + dx; hai bán kính hợp với trục cực Ox các góc ø và

Như vậy cường độ điện trường do mặt phẳng vô hạn mang điện đều gây ra tại một

điểm M trong điện trường không phụ thuộc vào vị trí điểm M đó Tại mọi điểm trong điện

trường Ê có phương vuông góc với mặt phắng, hướng ra ngoài mặt phẳng nếu mặt phẳng - mang điện dương và hướng vê phía mặt phẳng nếu mặt phẳng mang điện âm

1.4 Định lý Ostrogradski - Gauss 1.4.1 Điện thông

a Điện thông xuất phát từ điện tích q

Giả sử đặt điện tích q > Ô tại vỊ trí O cỗ định; không gian xung quanh q tôn tại một

Tai diém M cach O mot khoảng OM =7 ta xét l diện tích vi phân dS, gọi ñ là vectơ

Điện thông qua diện tích vi phân dS: d®, = DdScosa = BS nm T = Bl 4g 1

hình 1.7a hình 1.76

ThS Dương Quốc Chánh Tín | Vật lý đai cương

" Khi S bao quanh q: hq: ®, = |d®, =— |dQ =—4n= ®, | zc! in q " KhiS không bao quanh q:

©, = [do, = 7 Jao =n (J Jaa) = 7, 42-A0)=0

Vay: Dién thong do mot điện íích q gây ra qua mat kin S co gia tri bằng q nếu q ở trong mat kin Š và bằng 0 nếu q ở ngoài mặt kín S

b Dinh ly Ostrogradski — Gauss

Dien thong di qua mặt kín bằng tổng đại số các điện tích chứa trong mặt kín dy

a Xác định E gây ra do mặt cầu mang điện đêu mật độ ø, bán kính R

+ Nếu M nằm ngoài mặt cầu: vẽ mặt cầu 5 (Ó, r),OM=T

+ Néu M nằm trong mat cau: ta cũng vẽ mặt cầu » (O,r) hinh 1.8a

4 Dd§ = 0 (không có điện tích trong mặt )

=> D=0>5>E=0

b Xác định E gây ra bởi mặt phẳng rộng vô hạn tích điện đều mật độ ø tại điểm M cach mat phang 1 khoang h

Do tính đối xứng, D hướng ra {Dds = [DdS + [DdS = [DdS = D.2As

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

Vậy điện trường do mặt phắng rộng vơ hạn gây ra là điện trường đều

c Xác định E gây ra bởi mặt trụ thăng dài vơ hạn tích điện đều mật độ ò tại điểm M

| Giả sử dịch chuyển điện tích qọ từ M đến N đọc theo đường cong (C) trong điện trường của điện tích q Ta hãy

tính cơng của lực tĩnh điện

Khi qọ di chuyển một khoảng vi cấp d§ ta cĩ:

Néu do di chuyển trong điện trường gây ra bởi nhiêu điện tích thì: F= 7

ThS Dương Quốc Chánh Tín | Vật lý đại cương

Mac khác, dién thé tai M, N: V,, = fiias =——,g W„= [Eas =——

=> Ayn = Ww— WN = qọ(Vw — VN), hay Vụ — Vụ = Jes

Công của lực nh điện trong sự dịch chuyến điện tích diém qo tir M đến N trong điện trường bằng tích điện tích thir qq voi hiệu điện thé 2 dau M va N

NéuN > 0,V, =0>V,, =A

Điện thể tại một điểm trong điện trường là một đại lượng ` về trị số bằng công lực tĩnh điện trong quá trình di chuyển một đơn vị điện tích từ điểm ấy đến vô cực

trong hé SI, đơn vị điện thế, hiệu điện thế là Vôn (V)

Lưu ý: trong nhiều trường hợp thực tế, người ta thường quy ước điện thê đất bằng 0.

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương 1.6 Mối liên hệ giữa điện trường và điện thể

b Xac dinh hiéu điện thế giữa hai điểm trong điện trường của mặt câu

_Với OM=r>Rthì E=—Š— Ä7rcEar

N N

la có: [Ear = [-dV = Vu - Vy

| M M |

10°

ThS Dương Quốc Chánh Tin | Vật lý đại cương

cũ mà cho chất lượng cao, vừa hạ giá thành sản phẩm nhưng chi phí đầu tư lúc ban đầu lại

như công nghệ cũ — đó là Sơn tĩnh điện Hiện nay, việc ứng dụng sơn tĩnh điện trong đời

sống rất rộng rãi, sự phố biến ngày cảng dạng trên các sản phẩm và mọi chất liệu khác nhau, được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp hàng hải, công: nghiệp chế tạo xe hơi và xe gan máy, đến các lĩnh vực như sơn trang trí, xây dựng công nghiệp, xây dựng dân dụng,

1.7.1 Giới thiệu về công nghệ sơn tĩnh điện | :

Cong nghé son tinh dién (ElectroStatic Power Coating Technology) duoc phat minh boi TS.Erwin Gemmer vao dau những năm 1950 |

Đến năm 1964 thi quy trình sơn tĩnh điện được ứng dụng thành công và đưa vào thương mại hóa :

Qua nhiều cải tiến bởi các nhà khoa học và các nhà sản xuất đã tạo ra nhiễu loại sơn

- và thiết bi phun sơn khác nhau, giúp cho công nghệ sơn tĩnh điện ngày càng phát triển phong phú và đa dạng

Son tinh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột và khi sử dụng nó

sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đông - thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) dé tạo ra hiệu ứng giữa bột sơn và vật cân

1.7.2 Vài nét về lịch sử phát triển của Sơn fĩnh điện cũng như ảnh hưởng của nó

- 1966 - 1973: bốn loại hóa học khởi điểm - Epoxy, Hybrid, Polyurethane, và TGIC -

được giới thiệu trên thị trường Một vài loại Melamine và Acrylic vẫn chưa thành công - Đầu thập niên 1970: Sơn tĩnh điện phát triển nhanh và được sử dụng rong rãi ở

Châu Âu

1]

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương - Đầu thập niên 1980: Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi Ở Bac My va Nhat

- Giữa thập niên 1980: Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Viễn Đông (thêm

Lục Địa Thái Bình Dương)

-1985 — 1993: Những loại bột sơn mới được ĐIỚI thiệu trên thị trường Có đủ loại

Acrylie và hỗn hợp của những loại bột sơn được tung ra

1.7.3 So sánh ưu và nhược điểm của sơn tĩnh điện với sơn nước, sơn dầu

- - Khả năng chịu nhiệt cao và ít bị ảnh | - Dễ bị ảnh hưởng của môi trường ( tời

—_ lhưởng môi trường (bao gồm nóng | nóng thì bề mặt sơn co lại)

YEU lạnh), - - Khó điều chỉnh độ dầy mồng cửa sơn

| CAUKY - Có khả năng điều chỉnh được độ dày " THUẬI - mồng của sơn

| - Độ bao hủ bề mặt cao

— |- Thuhổi và tái sửdụng 99% - Thu hổi chỉ vì vấn để môi trường,

— „| bám œo (tỉ lệ thất thoát f9 "không thể tái sử dụng lại

- Không sử dụng dung môi : không gây | - Phải sử dụng dung mỗi : : gầ ầy ô nhềm | | đ nhiễm môi trường môi trường |

_|- Ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực |- Hạn chế ứng dụng trong nhiều lĩnh

| khác nhau (Cnghiệp Hàng không, Cn | vực |

- ĐẶC | Hàng hải Cn xây dựng.) - Khó xây dựng hệ thống tự động hóa TÍNH SỬ | - Dễ dàng tự động hóa tiết kiệm được | cần nhiều nhân công chỉ phí cao

_DỤNG | chỉphí nhân công, - Khó khăn trong việc lưu kho (có thể

—— |- Không yếu cầu công nhân có tay | xảy ra chấy nd)

nghề cao (khi không đạt yêu cầu có |- Yêu cầu công nhân tay nghề cao vì

thể làm lại dễ dang) khong thể sửa đổi nếu vật sơn Không đạt

) Tho ta thành nắn nhanh —i ~ Tạo ra thành phẩm chậm, mất t nhiều

|, | 10-15 phi) | thời gian (phải phụ thuộc vào thời tiết) | THÀNH | | - Tuổi thọ trung bình sản phim cao (4- | - Tudi tho trung binh sin phẩm thấp

12

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

A BÀI TẬP TỰ LUẬN

BT-1.1 Hai điện tích điểm dương q¡ = ne và q› =me cách nhau một khoảng d trong chân

không Hỏi phải đặt điện tích điểm q ở đâu, có đấu và độ lớn như thế nào để điện tích q nằm

cân bằng Sự cân băng nay có phải là sự cân băng bền không? Hãy trả lời các câu hỏi trên

4) qị và qạ được giữ cế định bởi ngoại lực

b) g= Wes aay” sự cân bằng trong trường hợp này là không bên ý +2)

BT-1.2 a) Ó mỗi đỉnh của một hình vuông cạnh a có đặt một điện tích dương Q Hỏi phải đặt một điện tích q ở đâu, có dâu và độ lớn thế nào để các điện tích của hệ đều cân băng?

b) Giải bài tập trên, nếu thay hình vuông băng hình tam giác đều, cạnh a, ở mỗi đỉnh có điện tích dương Q

DS: a) tim hinh vudng; g= -#@2 +]) b) tâm tam giác đêu; 4= 5

BT-1.3 Điện tích q = 3.10° C phan bô đều trên nửa đường tròn bán kính a = 5cm Xác định

BT-1.4 M6ét day manh uén thanh vong tron ban kinh a = Som, mang điện tích q = 8.10°C z A

phân bô đều trên dây Hãy xác định cường độ điện trường tại điểm M nằm trên đường vuông

góc với mặt phẳng chứa vòng tròn, đi qua tâm, cách tâm một đoạn h = 10cm

DS: E = 5,2.10° (Vim)

B CAU HOI TRAC NGHIEM ~

1.1: Một hạt nhỏ mang điện chuyền động từ M đến N trong điện trường thì thế năng tĩnh điện bị giảm đi Nếu như cường độ điện trường tại M lớn hơn cường độ điện trường tại N thi:

A Vector cudng d6 điện trường phải hướng từ M đến N B Điện thể tại M phải cao hơn điện thế tại N

C Động năng của hạt mang điện tại M nhỏ hơn động năng của hạt tạiN D Lực điện trường tác dụng vào hạt phải thực hiện công dương

12: Có ba vật dẫn, A nhiễm điện dương, B và C không nhiễm điện Đề B và C nhiễm điện trái dâu độ lớn bằng nhau thì:

A cho A tiếp xúc với B, rồi cho A tiếp xúc với C B cho A tiếp xúc với B rồi cho C đặt gan B

C cho A đặt gân C để nhiễm điện hưởng ứng, rồi cho C tiếp xúc với B D nôi C với B rồi đặt gần A để nhiễm điện hưởng ứng, sau đó cắt dây nỗi

13

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

1.3: Hai dién tích điểm nằm yên trong chân không tương tác với nhau một lực F Người ta

giảm mỗi điện tích đi một nửa, và khoảng cách cũng giảm một nửa thì lực tương tác giữa

A không đôi B tăng gấp đôi C giảm mộtnửa D giảm bốn lần

1⁄4: Đồ thị biểu diễn lực tương tác Culông giữa hai điện tích quan hệ với bình phương

khoảng cách giữa hai điện tích là đường:

A hypebol B thang bac nhat C parabol D elip |

1.5: Đưa một quả cầu kim loại không nhiềm điện A lại gần quả câu kim loại B nhiễm điện

thì chúng hút nhau Giải thích nào là đúng: | |

A A nhiém dién do tiếp xúc Phần A gần B nhiễm điện cùng dấu với B, phần kia nhiễm điện trái dấu Lực hút lớn hơn lực đây nên A bị hút về B | -

B A nhiễm điện do tiếp xúc Phan A gần B nhiễm điện trái dấu với B làm A bị hút về B C A nhiễm điện do hưởng ứng Phần A gan B nhiễm điện cùng dấu với B, phần kia

nhiễm điên trái đấu Lực hút lớn hơn lực đây nên A bị hút về B

D A nhiễm điện do hưởng ứng Phần A gần B nhiễm điện trái dấu với B, phần kia nhiễm điện cùng đấu Lực hút lớn hơn lực đây nên A bị hút véB | |

1.6: Đáp án nào là đúng khi nói về quan hệ về hướng giữa véctơ cường độ điện trường và

A E cùng phương chiều với Ƒ tác dụng lên điện tích thử đặt trong điện trường đó

B E cùng phương ngược chiều với #' tác dụng lên điện tích thử đặt trong điện trường đó -

C E cùng phương chiều với F tác dụng lên điện tích thử đương đặt trong điện trường đó

D È cùng phương chiều với #ˆ tác dụng lên điện tích thử âm đặt trong điện trường đó 1.7: Trong các quy tắc vẽ các đường sức điện sau đây, quy tắc nào là sai:

A Tại một điểm bất kì trong điện trường có thê vẽ được một đường sức ổi qua nó

B Các đường sức xuất phát từ các điện tích âm, tận cùng tại các điện tích dương

D Nơi nào cường độ điện trường lớn hơn thì các đường sức được vẽ dày hơn

1.8: Hai điện tích điểm băng nhau đặt trong chân không cách nhau một khoảng 2cm thì lực đây giữa chúng là 1,6.10N Khoảng cách giữa chúng bằng bao nhiêu để lực tương tác

`

1.10: Hai quả câu kim loại nhỏ tích điện q¡ = 3uC và q; = lhC kích | “Np

thước giống nhau cho tiếp xúc với nhau roi dat trong chan không cách - i nhau 5cm Tính lực tương tác tĩnh điện giữa chúng sau khi tiệp xúc: |

như hình vẽ Đáp án nào là sai khi nói về mỗi quan hệ giữa công của lực ———— >

- điện trường dịch chuyên điện tích trên các đoạn đường: _ c làm NI

A Amo = - Agn cóc ¬¬ B Ayn = Anp | N' ~ C Aop — Aon | D Amo = Ayp - os | “

14

LhS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương 1.11: Hai qua cầu kích thước giống nhau cách nhau một khoảng 20cm hút nhau một lực 4mN Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi lại đặt cách nhau với khoảng cách cũ thì chúng đây nhau một lực 2,25mN Tính điện tích ban đầu của chúng:

A q1 = 2,17.107 C; qo = 0,63.107 C B qi = 2,67.10° C; qo = - 0,67.107 C C qi = - 2,67.10°’ C; qo = - 0,67.107 C D qi = - 2,17.10°’ C; qo = 0,63.10°7 C

1.12: Tai ba dinh A, B, C của một tam giác đều có cạnh 15cm đặt ba điện tích qA = + 2uC,

dp =+ 8 ụC, qc = - 8 HC Tìm véctơ lực tác dụng lên GA:

A F=6,4N, phương song song với BC, chiều cùng chiêu ĐC B F=84N, hướng vuông góc với BC

C.F=5,9N, phuong song song véi BC, chiéu nguoc chiéu BC

1.13: Hai điện tích có độ lớn băng nhau trái đấu là q đặt trong không khí cách nhau một- khoảng r Đặt điện tích q3 tại trung điểm của đoạn thăng nồi hai điện tích trên, Lực tác dụng

D Q tùy ý đặt giữa hai điện tích cách q khoảng 1/3 mà 1.15: Hai điện tích điểm q và 4q đặt cách nhau một khoảng r Cần đặt điện tích Q có dương: hay âm và ở đâu để hệ 3 điện tích này cân bằng:

A.Q >0, đặt giữa hai điện tích cách 4q khoảng r/3 B.Q<0, đặt giữa hai điện tích cách 4q khoảng 2r/3 C.Q trái dẫu với q đặt giữa 2 điện tích cách q khoảng r/3 D.Q tùy ý đặt giữa 2 điện tích cách q khoảng r/3

Thể Dương Quốc Chánh Tín Vật lý daicuong ——

119: Hai điện tích qị = 5.10” (C), 2 =- 5.1015 (C), đặt tại hai đỉnh B và C của một tam

giác đều ABC cạnh băng 8 (cm) trong không khí Cường độ điện trường tại đỉnh A của tam giác ABC có độ lớn là:

C.E= 0,3515.107 (V/m) D.E= 0.7031.107 (V/m)

1.20: Một điện tích điểm q = 2,5uC dat tai điểm M trong điện trường đều mà điện trường

có hai thành phần E„ = +6000V/m, Ey = - 6 /3.10° V/m Véctơ lực tác dụng lên điện tích q

A.E =0,03N, lập với trục Oy mot goc 150° B.F =0,3N, lập với trục Ôy một goc 30° C F = 0,03N, lap véi truc Oy mot goc 115° D.F =0,12N, lập với trục Oy một góc 120 1.21: Tai ba đỉnh của tam giác đều cạnh 10cm có ba điện tích băng nhau và băng 10nC

Hãy xác định cường độ điện trường tại trung điểm của cạnh BC của tam giác:

1.22: Hai dién tich điểm q¡ = - 4 HC, qo = 1 ụC đặt lan lượt tại A và B cách nhau 8cm Xác

định vị trí điểm M tại đó cường độ điện trường băng không:

A M nằm trên AB, cách A 10cm, cach B 18cm B M nằm trên AB, cách A 8cm, cách B 16cm C M nằm trên AB, cach A 18cm, cách B 10cm D M nằm trên AB, cách A 16cm, cách B 8cm

123: Một hạt bụi khối lượng 3,6.10”kg mang điện tích q = 4.8.10'°C năm lơ lửng giữa

hai tim kim loại phẳng song song năm ngang cách nhau 2cm và nhiễm điện trái dau Lay g=

1.24: Một điện tích điểm q = + 10HC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều _

ABC, năm trong điện trường đều có cường độ 5000V/m có đường sức điện trường song song với cạnh BC có chiều từ C đến B Biết cạnh tam giác băng 10cm, tìm công của lực điện trường khi di chuyền điện tích trên theo đoạn thắng B đến C:

126: Trong 22,4 lít khí Hydré 6 0°C, ap suất latm thì có 12,04.107” nguyên tir Hydro Mỗi

nguyên tử Hyđrô gồm hai hạt mang điện là prôtôn và electron Tính tổng độ lớn các điện tích

đương và tổng độ lớn các điện tích âm trong một cm” khí Hyđrô: ˆ

A.Q,=Q.=3,6C B.Q:= Q.=5,6C C.Q.=Q.= 66C D.Q.=Q.=8,6C 1.27: Dạng vi phân của định lý Ostrogradski — Gauss:

128: Biểu thức tính hiệu điện thế giữa hai điểm B, A trong điện trường là:

ThS Dương Quốc Chanh Tin Vat ly đai cương

1.29: Liên hệ giữa điện trường và điện thế là:

1.30: Cho một vành tròn bán kính R nhiễm điện đều với điện tích tong cong la Q > 0 Điện

thé tai diém P trén truc déi xứng của vành và cách tâm vành khoảng x là

A.—S B.——= c, —_& Dp, —_-* _

1.31: Điện tích q phân bố đều trên nửa đường tròn bán kính a Xác định cường độ điện

1.32: Hai quả cầu nhỏ A va B giống nhau bằng kim loại có mang các điện tích

Q,=4.10'°C, Ø; =~6.10”'°C (không thể coi là các điện tích điểm), lực tương tác là F Nếu

cho hai quả câu tiếp xúc nhau sau đó lại đưa về vị trí cũ thì lực tương tác là F°, giữa hai lực đó có quan hệ:

17

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương —

DONG DIEN, NHUNG DINH LUAT

VE DONG DIEN KHONG DOI

2.1 Bản chất và các đại lượng đặc trưng của đòng điện 2.1.1 Bản chat dong điện

Trong môi trường dẫn điện các hạt mang điện tự do luôn chuyển động hỗn độn, dưới

tác dụng của điện trường chúng chuyên động có hướng Các hạt mang điện dương chuyển động cùng chiều điện trường, các hạt mang điện âm chuyển động theo chiều ngược lại Dòng _ các hạt mang điện chuyên động có hướng ta gọi là dòng điện Theo quy ước: chiều dòng

điện là chiều các hạt mang điện dương chuyển động

Dòng điện có chiều và độ lớn không đôi theo thời gian là dòng điện không đổi

Bản chất của các dòng điện trong các môi trường khác nhau thì khác nhau

Vd: Trong kim loại bản chất dòng điện là dòng các e, trong chất điện phân là dòng các 1on đương và ion âm, trong chất khí là đòng các e, ion dương, ion am

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng của dòng điện

- Đường dòng: là những đường cong mà dọc theo đó các hạt

Ông dòng P ñ mang điện chuyển động

| xế 4 - Ông dòng: ông tưởng tượng ma mat bên là các đường dòng | CY Vd: mat ngoai cua vat dẫn băng kim loại đặt cô lập là một ông

I: cường độ dòng điện qua vật dẫn băng lượng điện tích tải qua diện tích

toàn phần S trong một đơn vị thời gian

Trong hệ SI, đơn vị của I là (A), của ¡ là (A/m’)

hinh 2.3

18

Thể Dương Quốc Chanh Tin

| Vat ly dai cwong

2.2 Định luật Ohm trong đoạn mạch đồng chất, điện trở

2.2.2 Dang tich phan I= [ids

Vì đoạn mạch là thuần điện trở ¡ không đổi nên I = ïS

Với dây dẫn cùng một hiệu điện thế, nếu R càng nhỏ I càng lớn, và ngược lại,

Trọng hệ SL, đơn vị của điện trở là (Q) |

Điện trở và điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ: R, =R,(i+at) (2.6)

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương _ —

2.3 Thế điện động, định luật Ohm tông quát

Xét hai vật dẫn A, B; A mang điện dương, B mang điện âm

EO Nối A, B bằng dây dẫn, các hạt mang điện sẽ chuyên động Hạt

(+) S mang điện dương đi từ A sang B Hạt mang điện âm chuyển động

theo chiều ngược lại Lúc nay Va giảm, Vạ tăng, và cần băng khi A Va = Vp, khi ây không còn dòng qua dây dẫn nữa

Đề duy trì đòng điện ta phải luôn thiết lập một hiệu điện thế giữa A và B, tức là đưa

điện tích dương về A Nghĩa là phải bang cách nào đó tác dụng lên điện tích một lực khác lực điện trường Lực này gọi là lực lạ Trường làm xuất hiện lực lạ gọi là trường lạ Nguồn

tạo ra trường lạ gọi là nguôn điện _ |

Ban chất của lực lạ không phải là lực tĩnh điện, và khác nhau đối với những nguồn khác nhau

2.3.2 Định luật Ohm tổng quát

_ Trong trường hợp day dẫn đồng nhất và có chứa nguồn điện (chẳng hạn pin, acquy, )-

- thì trong mạch hạt sẽ chịu tác dụng của lực fĩnh điện và lực lạ FE

hinh 2.5

—*

Trường lực lạ khi đó: Ế` =— cường độ trường lực lạ q

Vay: i=o(E+E) => <i = o(E+E’)

Nhân 2 về với pdÏ: = - odÏñ = pø(Ê +Ễ' )dÏ (pø =1)

¬ thế điện động trên đoạn mach tir | đến 2, có trị số bằng công thực hiện bởi lực lạ

trong dịch chuyên một đơn vị điện tích từ 1 đến 2 Công này thực hiện do hao phí năng lượng trong nguôn điện

2

| I odl = R,,: điện trở toàn phan trén mach tir 1 dén 2 S

1

Nêu đoạn mạch không có nguồn: IR, = Vị - V; | (2.9)

- Dòng điện có giá trị đương thì hướng từ Ì đến 2

- Thế điện động có gí trị dương khi đi từ 1 đến 2 gặp ban âm của nguồn

20

LhS Duong Quốc Chánh Tín

Vật lý đại cương 2.3.3 Ví dụ

Mang: néu trong mach điện, ta có thể cô lập một

mạch kín thì mạch kín ấy là mạng (ABCDA, ABDA,

2.4.2 Dinh luat Kirchoff 1

Trong mạch kín có dòng điện không đổi thì tổng `

dòng điện đi vào Ị nút băng tổng dòng điện ra khỏi A

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương —— Đoạn mạch AB: Vụ - V; +6, =[R,

BC: Vp, - Ve +82 = LR» CD: V — Vp —§3 = “Bs DA: Vọ - Vụ -ễ, =-l¿

Ở mạch trên ta có 2 phương trình mạng độc lập Đề giải bài toán với mạch phân nhánh:

+ Chọn chiêu dòng điện trong mạch

+ Chọn chiêu dương mạng

+ Thiết lập n phương trình độc lập nếu có n ấn

_ Néu mach co m nut ta co (m— 1) phuong trinh nut — -Lậpn— (m~ 1) phương trình từ mạng

+ Giải hệ n phương trình _

+ Kết luận và chọn lại chiều dòng điện - |

2.5 Công và công suất dòng điện không đổi Định luật Joule — Lentz 2.5.1 Công, công suất của dòng điện |

a Mạch không có nguon dién

Hiệu điện thê 2 đầu mach: Uy, = Vị V; Dòng điện 2 đầu mạch là I Trong thời gian f

Trong hệ SĨ đơn vị của A là (1), của P là (W)

R É A= U, It +E It — (Ui +& jit

(2.14) Vì V2

| Ta thấy công toàn phần của lực tĩnh điện trong mạch kín bằng không Như vậy trong mạch kín chỉ có thế điện động thực hiện công

P=úá

2.5.2 Định luật Joule — Lenz dạng thường © |

Tir thuc nghiém: cho dong dién chay qua mạch có điện trở E, sau thời gian t:

2.17)

22

ThŠ Dương Quốc Chánh Tín | Vật lý đai cương

Nếu dòng điện có biến đổi theo thời gian thì: Q= [RI’t (2.19)

0

2.5.3 Định luật Joule — Lenz dang vi phan

Ta có thê tính nhiệt lượng tỏa ra trong môi trường đ có hình dạng bắt kỳ Trường hợp này ta cần biết mật độ công suất nhiệt là một đại lượng bằng công suất tỏa nhiệt của một đơn

vị thể tích trong một đơn vị thời gian kí hiệu là ø dl

Ta tính nhiệt lượng tỏa ra đối với day dân được bao quanh bởi 42 một Ong có chiều dài là dI, diện tích S Với chiều dài đủ ngắn: dV = SdJ 1rong khoảng thời gian dt, năng lượng tỏa ra là:

bình 2 J2 dQ =đR1?dt = pS 05) út = pdl.i?Sdt = pi7dVdt

(4.21) là dinh luat Joule — Lenz dang vi phan |

Biết được œ ta có thê tính được nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn có hình dạng bất ky

2.5.3 Loi ich va tac hại của sự tỏa nhiệt | |

a Loi ich; tat ca cdc thiét bi dién bi dét nóng đều dựa vào định luật Joule — Lenz (bếp điện, bàn là, bóng điện, )

: Tác hại: sự tỏa nhiệt gây ra hao phí vô ích (sự tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải

2.0 - Ứng dụng - mạ điện

2.6.1 Khai niém: Kỹ thuật mạ điện hay kỹ thuật Galvano (lây theo tên nhà khoa học

Y Luigi Galvani), 14 tên gọi của quá trình điện hóa phủ lớp kim loại lên một vật

ThsS Duong Quoc Chanh Tin Vat ly dai cwong

đưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương nảy SẼ di chuyên về cực âm, tại đây chúng nhận lại e trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ Độ dày của lớp mạ ti lệ thuận với cường độ dòng điện của nguôn và thời gian mạ

Cu + SO,” _—> CuSO, Kathode | Anode

CuSO, dé tan trong dung dich, tại cực âm

CuSOx — Cu” + SO,”

— Gia công cơ học -_ Tây dầu mỡ - Tây gỉ

—_ Tây bóng điện hóa và hóa học — Tẩy nhẹ |

© Ma dién

- Những yêu cầu ~_ Tiến hành mạ điện

~ Mạ vàng, mạ kẽm,

— Công thức tính trong mạ điện e _ Hoàn thiện bê mặt, đánh giá sản phẩm

2.6.5 Ứng dụng của mạ điện trong các lĩnh vực của đời sông xã hội

e 7 rong lĩnh vực xây dung: ma ống nước, đường sắt, các thiết bị ngoài trời, mạ các thiết bị chịu lực, mạ kẽm cho tôn,

e_ Trong lĩnh vực dân dụng: làm đồ tăng sức, lư đồng, huy chương,đồng hô, bát đĩa, vòi nước,đồng hồ,

s_ Trong ngành Kĩ thuật cao: sản xuất rô bốt, tên lửa,

e Trong cong nghiép đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bê mặt vỏ tàu

e_ Trong các nh vực khác: mạ điện thoại, xe hơi, laptop

24

LhS Dương Quốc Chúnh Tin Vat ly dai cương

BAI TAP CHUONG 2

BT-2.1 Trong mạch điện ở hình ve, giá trị các điện trở đã ghi trên hình vẽ (a) 6) hai đầu A

và B của mạch, người ta đặt hiệu điện thế Uap = 100V Hoi điện thê giữa hai điểm C va D

băng bao nhiêu?

DS: Ucp = 43,2V BT-2.2 Ampe kế A trong mạch điện ở hình (b) chỉ bao nhiêu ampe, cho biết hiệu điện thế +

giữa hai điểm 1 và 2 bằng U =120V, R = 10Q và điện trở ampe kế không đáng kể

DS: 1 = 1,5A; 1, = 2,5A; 1; =4A

B1-2.4 Vôn kế V trong mạch điện ở hình b, chỉ bao nhiêu nếu: a)_ Điện trở của vôn kế rất lớn

0) Điện trở của vôn kế Ry = 300Q |

Cho biết suất điện động của các nguồn điện ế¡ = ớ; = 22V các điện trở R¡ = 1000,

Rạ =200Q, R; =300Q ›„ Ra =400Q; điện trở trong các nguồn điện không đáng kể Sa

BT-2.5 Ba nguôn điện có suất điện động £¡= IV; ¿;= 2V; ¿3 = 1,5V và ba vôn kế Vi, V2, V3 06 điện trở lần lượt bằng R; = 2000 $2; Ro = 30000; Rs = 4000Q duoc mic theo so đồ ở hình- bên Điện trở trong các nguồn điện không đáng kể a) Các vôn kế chỉ bao nhiêu?

b) Tinh hiệu điện thế giữa các nút A và B |

@ V,=0,27V; Vo = 1,27V; V3 = 2,23V b)U¿p= 0,73V Si

Sr ¿

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vat lj dai cwong

2.1: Cho mạch điện như hinh vé Méi pin 06 §= 1,5V; T — 1O ‘| H P

Cường độ dòng điện mạch ngoài là 0,5A Điện trở R là: |

2.2: Bình điện phân có anốt làm bằng kim loại của chất điện phân có hóa trị 2 Cho dòng

điện 0,2A chạy qua bình trong 16 phút 5 giây thì có 0,064g chất thoát ra ở điện cực Kim loại dùng làm anot của bình điện phân là:

2.3: Muốn mạ đồng một tắm sắt có diện tích tông cộng 200cm” người ta dùng tâm sắt làm catot của bình điện phân đựng dung dịch CuSO¿ và anot là một thanh đông nguyên chât, cho dong dign 10A chay qua bình trong 2 giờ 40 phút 50 giây Tìm chiều dày của lớp đông bám

trên mặt tắm sắt Biết Ac„ = 64, n = 2, D = $.9g/cm”

A 1,6.10 em B 1,8.10Zem C.2.10 em D 2,2.10 em

2.4: Một mạch điện như hình vẽ R = 120, Ð: 6W - 9W; bình dién phan CuSO, có

anot băng Cu; Š = 9V, r= 0,5Ó Đèn sáng bình thường, điện trở bình điện phân là bao nhiêu:

2.5: Dòng điện trong chât điện phân là dòng dịch chuyền có hướng cua:

A cac ion đương theo chiêu điện trường và các lon âm ngược chiêu điện trường

B các ion dương theo chiêu điện trường và các ion 4m, electron tự do ngược chiêu điện

27: Giữa hai đầu mạng điện có mắc song song 3 dây dẫn điện trở lần lượt là Rị = 4O,

R¿ = 5O, R¿ = 20Ó Tìm cường d6 dong dién qua Ry nếu cường độ dòng điện trong mạch

2.8: Một bếp điện gồm hai dây điện trở Rị và Ro Nếu chỉ dùng Rạ thì thời gian đun sôi

nước là 10 phút, nếu chỉ dùng Rạ thì thời gian đun sôi nước là 20 phút Hỏi khi dùng Rị nỗi

tiếp Rạ thì thời gian đun sôi nước là bao nhiêu: | |

2.9: Một bộ ắc quy được nạp điện với cường độ dòng điện nạp là 5A và hiệu điện thế đặt vào hai cực của bộ ácquy là 32V Xác định điện trở trong của bộ ắcquy, biết bộ ắcquy có

ThS Dương Quốc Chánh Tín : Vật lý đại cương

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TỪ

3.1 Tương tác từ Định luật Ampere 3.1.1 Khái niệm về tương tác từ

Từ xưa, người ta đã biết một số mẫu quặng sắt có khả năng hút các vật băng sắt, chúng cũng có khả năng hút, hoặc đây nhau (tùy theo cách đặt mẫu quặng ấy tương đối với nhau) Các mẫu này được 8ọ! là những nam châm Mỗi nam châm có 2 cực: cực bắc (N), cực nam (5) Khi hai nam châm đặt gần nhau, nếu hai cực cùng tên thì đẩy nhau, khác tên thì hút nhau Sự tương tác giữa các nam châm với nhau gọi là tương tác từ

Năm 1820, Oersted đã phát hiện ra răng kim nam châm khi đặt gần một dây dẫn có dòng điện chạy qua nó cũng bị lệch Nếu đổi chiều dòng điện thì kim nam châm bị lệch theo chiều ngược lại Ngoài ra, ta còn thấy khi đưa nam châm vào lòng cuộn dây có dòng điện chạy qua thì cuộn dây cũng bị lệch Điều này chứng tỏ nam châm và dòng điện có thể tương

tác nhau

|

Vào đầu thế kỷ thứ 19, Ampere đã phát hiện được răng hai dây dẫn mang dòng điện

Sự tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với đòng điện và giữa đòng điện với dòng điện ta Soi chung là tương tác từ

3.1.2 Định luật Ampere về tương tác giữa hai dong điện và

Phần tử dòng điện: là một đoạn nhỏ dòng điện có chiều dài và tiết diện không đáng kể so với khoảng cách từ phần tử đến điểm ta khảo sát, được biểu diễn |

Gọi P là mặt phẳng tạo bởi (I,dl,,OM); | n la phap tuyên của P tạ M; 9, là góc hợp NÓ bởi (I,dl, OM);6, là góc hợp bởi (I,dE,ñ);

Th©s Dương Quốc Chánh Tín - Vat ly đai cương

k: hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị mà ta chọn Trong hệ SĨ thi kế” | 1t VỚI

uạ =4z.10” H/m (hang sé tir)

no sé chiu tac dung cia mét luc: dF,, = Km Ho Indl ati 1 r Av) Từ biêu thức này ta thây vectơ ©

dB = a ếu (ich AT) không phụ thuộc vào Il; dl, (phần tử chịu tác dụng của từ trường) mà

chi phu thudc vao I, di , (phần tử gây ra từ trường) và 7 (vị trí của điểm ta xét) nên ta có thé dùng đại lượng này để đặc trưng cho từ trường gây ra bởi phân tử dòng điện I, di, và gọi nó là vectơ cảm ứng từ dB

Vậy vectơ cảm ứng tử dB gây ra bởi phần tử dòng điện Id! tai mot điểm M cách O

một khoảng ï là một vectơ có:

- Gốc: tại M

- Phương: thang góc với mặt phẳng tạo bởi (Idl,ï 1)

- Chiều: sao cho (Idi, 7,dB) tao thanh mot tam dign

Biéu thirc nay da duge Biot — Xavart — Laplace đưa ra từ thực nghiệm nên nó còn được

gọi là định luật Biot - Xavart- Laplace

28

T;S Dương Quốc Chánh Tín | Vật lý đại cương

Trong hệ SI cảm ứng từ có đơn vi la Tesla (T)

Đề xác định chiều của dỗ ta dùng quy tắc định ốc: “Nếu chiều tiến của đỉnh ốc là chiễu của dòng điện thì chiếu quay của đỉnh ốc lò Chiêu của cảm ứng từ dB ”,

Nếu từ trường do nhiều dòng điện sinh ra thì: “Ƒectơ cảm ứng từ B do nhiều dong điện gây ra bằng tổng cdc vecto cam ứng từ do từng dòng điện sinh ra ”

i=]

3.2.3 Vectơ cường độ từ trường

Ta gọi vectơ cường độ từ trường H tại một điểm M là ty sé gitra vecto cém ứng từ B tai diém d6 va LULL, : |

a

B

ˆ

Ta thấy H không phụ thuộc vào Hạ, nghĩa là nó đặc trưng cho từ trường do riéng

dong dién sinh ra va không phụ thuộc vào tính chất của môi trường trong đó đặt dòng điện Trong hé SI, cường độ từ trường H có đơn vỊ là (A /m)

s a Xác định cảm ứng từ gầy ra bởi dây dẫn thăng dài vô hạn có dòng điện I tại điểm M cách dây một khoảng R

- Phương: thăng góc với mặt phăng tạo bởi (Id1,?)

- Chiêu: sao cho (Id 1,7, dB) tao thanh mot tam dién thuan

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương

Gọi n là số vong trên một đơn vị dài n = +Ý

Như vậy trên đoạn dl có n.dị vòng dây, tương ứng với dòng điện là L.n.dl Ta được cảm

Luu y: Ta con dùng khái niệm mật độ dòng điện mặt i, 1a cường độ dòng điện qua một

đơn vị chiều dài của mặt ngoài hình trụ: |

(3.15)

Khi d6: B = i, (cos8,, - cos0,) va H= ~.(c0s0, ~c0s0,) an (3.16) ©

3.3 Tac dụng của từ trường lên dòng điện

3.3.1 Tác dụng của từ trường lên phần tử dòng điện

Gọi dF là lực từ tác dụng lên phân tử dong dién Id], khi dy ta có:

(1.18)

na

|

| dé = Idi A B)

- Gốc: tại phân tử ta đang xét

- Phương: thăng góc với mặt phẳng tạo bởi (Id1,B) | - Chiều: sao cho (Id1,B, dF) tao thanh một tam diện thuận

3]

ThS Dương Quốc Chánh Tín Vật lý đại cương —

Người ta còn xác định chiều của lực tác dụng theo quy tic ban tay trai: “Dat ban tay trái hứng các đường cảm ứng từ, chiều từ cô tay đên ngôn Íay chỉ chiều dòng điện, khi đó chiều ngón cái dương ra chỉ chiêu lực tử ”

3.3.2 Tác dụng tương hỗ giữa hai dây dẫn thẳng song song, dài vô hạn

Cho hai dây dẫn thang song song va dai vo han đặt cách nhau một khoảng d, cd dong điện l¡, b cùng chiêu chạy qua.Vì dòng điện này năm trong từ trường của dòng điện kia, nên chúng tác dụng lên nhau những lực từ

VY Quà I

I, tao ra cam tmg tir B, tat Ly: B, = Biot 2nd

Lực từ tác dụng lên phân tử 1,AL: AF, = 1,(A LA B, | (3.19)

- Độ lớn AF, = LAI,B, = “He 2z.d al

- Chiều hướng về dòng điện l;

Như vậy hai dòng điện song song cùng chiêu thì hút nhau Cũng lí luận như trên ta SẼ thay: Hai day dẫn song song ngược chiều thi day nhau —

Vay: Ampere la cuong độ dòng điện không đổi khi chạy qua hai day dan thang song

song, đài vô hạn, có tiết diện nhỏ, đặt trong chân không cách nhau Ïm thì lực tác dụng

:

tương hỗ trên Im chiều dai môi đây là 2 10’ N

3.3.3 Lực từ tác dụng lên mạch điện kín

Xét khung dây hình chữ nhật MNPQ có các cạnh là a, b và có

dòng điện cường độ Ï chạy qua Khung được đặt trong một từ trường

đều Bcó phương vuông góc với các canh dimg MN, PQ Giả sử

khung không bị biên dạng mà chỉ có thể quay quanh một trục thăng đứng (A) Ban đầu mặt khung không vuông góc với từ trường B;

Lực từ tác dụng lên 2 canh NP, MQ la f; va f4; hai lực này trực đối nhau, chỉ có tác dụng làm dãn khung, nhưng bi phản lực của khung triệt tiêu -

32

Ths Dương Quốc Chánh Tín Vat lj dai cương

Hai luc nay tạo thành một mômen ngẫu lực làm cho khung quay |

Momen ngau luc: M = f.b.sina = IaBb.sina = ISBsina Vi: IS = Pm: mômen từ của dong điện kín

nén M = P_Bsina

- Phương: vuông góc với mặt phẳng (PB)

- Chiéu: sao cho (P., ,B,M) tạo thành tam diện thuận

Với hình chữ nhật thứ k ta có: M, =IS,.B.sing = (P„), Bsina

M= >M, = IBsina) 'S, =/Bsina.S = P_ Bsina

3.4 Hiện tượng cảm ứng điện từ

Ta biết rằng bất kỳ dòng điện nào cũng gây ra xung quanh nó một từ trường Vậy

ngược lại, từ trường có sinh ra dòng điện không? Năm 1831 nhà bác học F araday đã chứng

minh băng thực nghiệm, và sau đó Maxwell đã chứng minh băng lý thuyết rằng dòng điện (hay điện trường) có thể phát sinh nhờ từ trường biến thiên

a Trén hinh (3.11) có minh họa các thiết bị dùng trong thí nghiệm của Faraday, gồm một mạch có nguôn điện (gọi là mạch nguôn) và một mạch không ——— có nguồn (gọi là mạch thử); trong mạch thử có một |

_ cuộn đây (cuộn 1) mắc nối tiếp với điện kế G Ở

hinh 3.11

33

ThS Duong Quốc Chánh Tín Vat lý đai cương

mạch nguồn có cuộn dây 2 đặt cạnh cuộn | Điện kế G cho ta biết rang: trong mạch thử có xuất hiện một dòng điện mỗi khi đòng điện trong mạch nguồn biến thiên; hơn nữa dòng điện xuất hiện trong mạch thử không phụ thuộc vao cach ta làm biến đổi dòng điện trong mạch nguồn như bằng cách đóng hay ngắt mạch nguôn, hoặc cho điện trở trong mạch đó biến thiên (nhờ biến trở) Như vậy, dòng điện biến thiên trong mạch nguồn đã gây ra ở không ø1an xung quanh một từ trường biến thiên, và chính từ trường biến thiên này làm xuất hiện dòng điện trong mạch thử

b Nếu ta giữ cho dòng điện trong mạch nguôn không đổi thì dòng điện trong mạch thử cũng xuất hiện khi có sự chuyển động tương đối giữa cuộn day 1 va 2 trong mạch thử và

mạch nguôn Trong trường hợp bỏ mạch nguôn đi và cho nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn đây I của mạch thử, ta vẫn thấy có xuất hiện dòng điện trong mạch thử

c Qua một loạt thí nghiệm như trên, Faraday da rut ra kết luận tổng quát: mỗi khi từ thông qua mạch kín biển thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện Nói cách khác: sự biến thiên của từ thông qua mạch là nguyên nhân sinh ra dòng điện trong mach va dòng điện dy chi ton tai trong thoi gian tir théng qua mach thay đổi Sự biến thiên này có thể xảy ra theo 2 cách: hoặc là mạch kín đứng yên trong từ trường biến thiên theo thời gian hoặc là mạch kín (hay một phân của mạch), chuyển động trong từ trường không đổi Dòng điện phát sinh ở trong mạch môi khi từ thông qua nó biến thiên gọi là dòng điện cảm ứng Hiện tượng phát sinh dòng điện cảm ứng như vậy gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín chứng tỏ trong mạch kín đã xuất hiện một suất điện động mà người

ta gọi là suất điện động cảm ứng

3.4.2 Định luật Lenz

a Các thí nghiệm về cảm ứng điện từ cho ta thấy rằng chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông qua mạch đó Nhà bác học Lenz đã tìm ra định luật tổng quát để xác định chiều dòng điện cảm ứng, gọi là định luật Lenz phát biểu như sau: “Đồng điện cảm ng phải có chiều sao cho từ trường (từ thông) đo nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó ”

b Ta vận dụng định luật Lenz để tìm chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện ở mạch thử trong thí nghiệm trên Khi dòng điện qua mạch nguôn tăng, số đường cảm ứng từ của mạch nguôn gửi qua mạch thử tăng, do đó trong mạch thử xuất hiện dòng điện cảm ứng Theo định luật Lenz dòng điện cảm ứng này phải có chiều sao cho nó sinh ra một từ thông chống lại sự tăng của từ thông do mạch nguôn gui qua no Muốn thế, dòng điện cảm ứng phải có chiêu như hình (3.11), tức là ngược với chiêu dòng điện trong mạch nguồn Ngược lại, nêu cường độ dòng điện trong mạch nguồn giảm (ngắt mạch nguôn, hay tăng điện trở của mạch), thì từ thông của mạch nguôn gửi qua mạch thử giảm, do đó dòng điện cảm ứng trong mạch thử phải có chiều sao cho từ thông do nó sinh ra chống lại sự giảm của từ thông do mạch nguồn gửi qua nó Muốn thế, dòng điện cảm ứng trong mạch thử phải có chiều ngược lại tức là cùng chiều với dòng điện trong mạch nguồn Nếu ta thay mạch nguồn băng một nam châm và cho cực Nam (5) của nó đi vào lòng cuộn dây của mạch thử thi dòng điện cảm ứng có chiêu như hình vẽ, và sẽ có chiều ngược lại nếu ta rút nam châm từ trong mạch thử ra xa

Cần lưu ý rằng, chiều dòng điện xuất hiện trong mạch thử ở cả hai trường hợp (đưa nam

34

Th Duong Quốc Chanh Tin

Vat ly dai cuong

châm vào và rút nó ra) đêu sinh ra lực có tác dung chong lai sự chuyên động (tương đổi) của nam châm đôi với cuộn dây ] của mạch thử (công của lực từ là công cản) rn

3.4.3 Suất điện động cảm ứng -

a Nhờ các thí nghiệm Faraday,

35