Điện từ học P3 pps

2 "Cu6n sach nay dugc xuilt ban trong khuon kh6 ChUC111g tnuh Dao t'.lo Ki sU Chilt lugng cao t'.li Vi¢t Nam, v6i sl! trg giup cua B¢ ph~n Van h6a va Hgp tac cua D<.ti su quan Phap t'.li nU<1c C¢ng hoa Xa h¢i Chu nghia Vi¢t Nam". "Cet ouvrage, publie dans le cadre du Programme de Formation d'Ingenieurs d'Excellence au Vietnam berJificie du soutien du Service Culturel et de Cooperation de l'Ambassade de France en RepubJique socialiste du Vietnam". Chju ttach nhi¢m xutit ban: Chu t!ch HDQT kiem T6ng Giam doc NGO TR.t\N AI Ph6 T6ng Giam doc kiem T6ng bien t~p NGUYEN QUY THAD 194 - 2006/CXB/19 323/GD Bien tijp n(Ji dung: LEHUNG Tn'nh bay bia : DOANH6NG Sica ban in: LEHUNG S&p chii: DoAN V~T QUAN Ma so: 7K485T6 - DAI Dien tit hoc • • (Tlii ban la'n thft hai) Dum sl! huang dan cua JEAN - MARlE BREBEC Giao su giang d~y cac lap dl! bi d~ h9C tnIemg Lixe Saint - Louis a Paris PHILIPPE DENEVE Giao su giang d~y cac lap dl! bi d~ h9c tnIemg Lixe Henri Wallon a Valenciennes THIERRY DESMARAIS Giao su giang d<;l.y cac lap dl! bi d~ h9C tnIemg Lixe Vaugelas a Chambery ALAIN FA VIER Giao su giang d~y cac lap dl! bi d~ h9c tnIemg Lixe Champollion a Grenoble MARC MENETRIER Giao su giang dl,ly cac lap dl! bi d~ h9C tnIemg Lixe Thiers a Marseilles BRUNO NOEL Giao su giang d~y cac lap dl! bi d~ h9c tnIemg Lixe Champollion a Grenoble CLAUDE ORSINI Giao su giang d~y cac lap dl! bi d~ h9C tnIemg Lixe Dumont d'Urville a Toulon Ngubi dich : LE BANG SUONG '" ' ? , NHAXUAT BAN GIAO Ol)C Nam thlthai PC·PC* PSI·PSI* ., Electromagnetisme sous la direction de JEAN - MARIE BREBEC Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee Saint - Louis a Paris PHILIPPE DENEVE Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee Henri - Wallon a Valenciennes nIIERRY DESMARAIS Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee Vaugelas a Chambery ALAIN FA VIER Professeur en Classes Preparatoires au Lycee ChampoUion a Grenoble MARC MENETRIER Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee lhiers a Marseilles . BRUNO NOEL Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee Champollion a Grenoble CLAUDE ORSINI Professeur en Gasses Preparatoires au Lycee Dumont - d'Urville a Toulon 1f+H HACHETTE lnl±i::j Superieur 2de annee PC·PC* PSI·PSI* B¢ giao trinh nay co Ii~n quan Mn cae chuang trinh mOl clla cae lap dV b! vao cae tnroog d~i hQe (Grandes eeoles), duqe ap d~ng cho ki tlJU tnroog thang 9/1995 d6i vOi cae lap nam thu nhat MPSI, PCSI va IYfSI, va eho ki tl!u tnroog thang 9/1996 d6i vOl eac lap nam thu hai MP, PC, PSI. Theo tinh than ella cae ehll'ang trinh mOi, th'i b¢ giao trlnh nay dll'a ra m¢t sV d6i mOi trong vi¢e giang d~y mon v~t If a cae lap dV b~ d~i hQe. • Trai vOl troyen th6ng dll in sftu d~m net, rna theo d6 v~t If bi x€p vao hang mon hQc thu y€u sau toan hge vi cae hi¢n t~qng dll bi ehe la~ bbi khia e~ tinh to~. Tuy nhi~n b dfty cae ~e g~a dll e~ gling thu x€p d~ ~~t toan hQc vao dung eM eua n6 bang each U'U tIen dan dat til' duy va I~p lu~n v~t iI, dong thm nhan m~nh len cac tham s6 e6 y nghla va cae h¢ thue dll k€t hqp chung I,!-i vOl nhau . • V~t If la m¢t mon khoa hQC thVe nghi¢m n~n phiii duqc giang d<!-y theo tinh than 00. cae tae gia da quan tftm ~e bi¢t Mn vi¢C mo til. cae thi€t bi thi nghi¢m nbung viin khong bO qua khia e~ thVe hanb. Mong sao nbUng c6 gdng ella cae tac gia se thuc dlly thay va t:rO eai ti€n ho~e 1'1-0 ra cae hO'!-t d¢ng thi nghi¢m luon luon ilily eMt sang 1'1-0. • V~t Ii khong phiii la m¢t khoa hQe coi thuoog v~t eMt, chi ehu trQng d€n I~p lu~n triru tuqng rna dimg dung VOl thve tien eong ngh¢. Mbi khi van de duqc neu len, thi cae tae gia dll danb m¢t ehb xling dang cho cae ap d~ng khoa hQe hay cong nghi¢p, d~e bi¢t de kieh thfch cae nba nghien eUn va ki sU tuang laL • V ~t If khOng phiii la m!,?t khoa hQc thi€u tinh d¢e dao va v1nh Mng, rna v~t If la san phl'im cila m¢t thm d,!-i va khong tv tach ra khoi phl,lm vi hO'!-t d¢ng cila con ngum. Gic tac gia dll khong eoi thuoog cae eU li¢u lieh sir cae khoa hQe trong vi¢c mo ta sV bi€n d6i cila cac mo hinh Ii thuy€t ding nhu thay th€ cac thi nghi¢m trong b6i ciinb cila hQ. Nh6m tac gill rna lean-Marie BReBEC dll ph6i hqp, g6m cae giao su cac lap dV bi rat tUng trai, dll c6 m¢t be day cae kinb nghi¢m trong cac ki thi tuyt!n vao cac tnroog d~i hQc va c6 nang Ivc khoa hQc cao duqc mQi ngum nhat tri cong nh~n. Nh6m nay dll e!,?ng tac ch~t cM vOi eac tac gia cila b¢ giao trinh clla DURA'mEAU va DURUPTHY cho cap hai cac tnroog trong hQc (tuang duang trong hQc ph6 thong cila Vi¢t Nam). sach cho cac lap dV bi dfl k€ ti€p hoan hiio sach a cap trong hQC ca ve hinh thuc, n¢i dung lfin y mbug. Chung tOi bao dam r~g cac cu6n sach nay la nhiing cong c~ quy bau cho sinh vien d~ chuan bi co hi¢u qua cho cae ki thi tuyen, cilng nhll' de c6 dll'qc m¢t sV trau d6i khoa hQc vii'ng chile. J.P.DURANDEAU saeh nay chi a lam ba pMn Ian : • TruOng di¢n tir khong d6i: sau khi nghien cUn cae mang tae cua tnrOng nay vOi cac di¢n tieh (djnb lu~t OHM, Ivc LAPLACE, hi¢u ling HALL), thl cac dinh lu(\t du6i dl;lDg tich phlln (djnb Ii GAUSS va dinh If AMPeREdfl hQC b uam thu nhat) cho phep xay dvng cae djnb lu~t du6i d,!-ng vi phlln (khOng quen cac th€ vo huang V va th€ vecto A rna ti:r d6 pMt sinh ra tnroog di¢n ti:r nay). • Nghien cUn woog di¢n ti:r bi€n thi~n : trUCmg hqp t6ng quat da duqc trlnh bay v6i ch(mg minh v(\t If ve b6n phuong trlnh Maxwell; vi¢C nghien cUn sV clln b~g nang luqng diin t6i vi¢C dua vao vecto Poynting. Sau d6, cac phll'ang trlnh !ren duqc nghien cUn trong phep gan dung cac ch€ d¢ chuan dimg clIng v6i cac h¢ qua cila n6 !ren cae v(\t diin. Ph:in n~y bao g6m ca cac hi¢n tuqng cam (mg, c6 phlln bi¢t r5 cam (mg Lorentz vOl cam ling Neumann; dll danh han m¢t chuang trQn vyn eho cae ap d\lng ella hi¢n tuqng cam ling. • Oie phuang trinh MAxwELL trong v~t cMt eung duqe de e~p ti€p theo v6i cae hi¢n tuqng phftn eve (tae d~ng ella di¢n truoog len v~t chat) va ti:r h6a (tae d~ng clla tir truOOg). Chuang eu6i cung, danb cho sv nghien cUn may bi€n th€ (de e~p de'n trong giao trlnh thi' nghi¢m), cho phep neu b~t cac khai ni~m ve hi¢n tuqng slit ti:r nba e6 thi nghi¢m. Nho r~g sV nghien cUn cae s6ng di¢n tir dll'qc trien khai trong cu6n sach H·Prepa, Song, nam lhu hai, PC, rr* . PST va PS[* . ___ _c luc • LiJi n6i dau ••• ~ •••••• ~ ••••••••••••••••••••••••• ~ ••••••••••••••••••• ~ ••••••••••••••••••••••••••••••• ¥ •••••••••••••••••••••••••• 5 Ml/(' '{Ie 6 1 Di~n tich va truemg di~n tit 7 2 Truong di¢n tit khang deli 39 > Cae phuong trlnh MAXWELL 72 4 Cam ling di¢n tit III S Cae ap dl;lllg eua cam ling di¢n tit 137 6 Cae phuong trlnh MAXWELL trong moi truemg v~t eMt 177 , Bien the : tiep e~n thve nghi¢m hi~n tU<;lIlg silt tit 213 254 BIEN TieH - " " IA TRO'UNG .A. " BIEN TO' - (y nlim thli nht'it, chung ta dil m{j ta cac SI,C phl1n btf dil!n tfch va dong difn, va dtl nghi~n CUll cac tinh cht'it cua di{!n truimg va tit truimg kh6ng d6i. Trang chucmg nay, chung ta se d~ c(1p dtn cac C(J sa nghi~n cuu nhCi:ng hifn tU(mg dif!n tit a ntlm h{Jc thu haL M l) e TIE U • Djnh lu~t bao toan dien tiCh. • C6ng suitt rna truOng dien Iir cung citp cho cac dien tich. • SI1 dAn dien va djnh lu~t Ohm: • LI,rC Laplace. DIEU CAN BIET TRuoe • Dien Iir hoc nl1m thil nMt : dien tich va dong dien. 1 £)i~n tich va dong di~n 1.1. Phan be di{m tich Trong nam hoc thll nMt, ta da dinh ngrua ~t dO di~n thi! tieh (hay ~t dO dien kh6i) P eua mOt ph<1n b6 di~n tieh nhu mOt d(li IU(m,g trung blnh CIlC b~. Ui;li lllQ'Ilg nay dUQ'e xae djnh & thang trung m6, kha l6n dO'i v6'i thang vi rna de e6 the eoi mai t.ruOng tich di~n nhu mOt mai t.ruOng li~n t1)e, nhung l\li kha nho d6i v6i thang vi rna de each mo ta nay dUQ'e eoi la ehinh xae. Uien tich nguy~n to' dq chUa trong mOt the tich nguy~n to' (trung rna) drla (H.la) : dq = pd r (; thang vi mo, mai tnrOng tieh di~n e6 thi! dUQ'e bieu di~n duOi ~g mOt lap mong (H.I b), rna ta ket hO'P vao d6 ~t dO di~n dien tieh (hay ~t dO di~n ~t) a(M, t) bieu thj ra C . m -2. MOt di~n tieh nguy~n to'd S se mang di~n tieh : dq = adS. Cl1ng nhu vay, khi moi t.ruOng e6 ehieu hu6TIg tr& thanh hinh sQ'i chi (H.le) thi ta l\li xae djnh mOt phan b6 theo don vj dai A(M, t) bieu thj ra C . m -1 , sao eho mOt ehieu dai nguyen to' dl se mang di~n tich : dq = A (M, t) dl. Kich thuOe khong gian qua nho be eua mOt sO' hilt tieh di~n, vi d\l cae ion eua mOt chum hilt tren may gia to'e, da Ii giiii S\l' rna hinh h6a chUng Mng cac "di~n tich diem". 1.2. Phan be dong di{m 1.2.1. Dong di~n Chuyen dOng cua cae hIlt tich di~n la S\l' kh&i diu eua cae dong di~n. Neu cae dien tieh linh dOng eua mOt phan bO', dUQ'e dl,te trung bOi mat dO Pm (M, t) , di ehuyen v6i van to'e v (van t6e toan bO, H.2a) trong M quy chieu nghien elm, thi veeta mat dO dong the tich j ket hO'P v6i ehuyen dOng d6 se dUQ'e xae djnh bOi : ~ . j(M, t) = Pm(M, t) v (M, t) ; ] dUQ'c do b~ng don vj A. m -2 . Chu.f,' • M(i.t rlt) rlifn tich the tich P kh6ng nhtft thiet pMi rl6ng nhtft vai m(i.t rlt) cac rlifn rich linh rl(5ng Pm' M(5t kim IO(l.i tuy trung hOa ve toan b(5, nhung l(l.i c6 the za trung ttlm cua cac dong rli~n rlu(fc t(l.O thilnh bm Sll di chuyen cua cac electron dlln. • TruOng h9'[J c6 nhieu IO(l.i rlifn tich linh rlt)ng, thi dong rlifn the tich se Iii to'ng cac phdn rl6ng g6p cua cac IO(l.i rlifn tich rl6. Cl1ng giO'ng nhu cae pMn bO' di~n tieh, khi pMn bO' dong di~n e6 dang ve mOt lOp mong, thi ta rna ta pMn b6 d6 Mng mat dO dong di~n ml,tt ls (H.2b) bieu thj ra don vj A.m- 1 . H.la. PMn b6 thea the tich clla di~n tich. dS o H.lh. PMn b6 thea di~n tich clla di~n tich. ; o H.le. PMn b6 dai clla di~n tich. 6ngdong (; Pm H.2a. M(lt d¢ dong di~n thea the tich j. - H.2h. M(lt d¢ dong di~n m(it j s Cac dong di~n hlnh sQ'i chi se dUQ'c bi/3u dit;n dan gUm bang cutmg dO I cua chUng (H.2c). 1.2.2. ClIang dQ dong di~n NC'u mOt di~n tich dq di qua mOt m~t Strong mOt khoang thai gian nguyen t6 dr, thi cutmg dO dong di¢n Is xuyen qua m~t d6 pMi sao cho dq = Is dt. Cutmg dO Is Mng thl)ng hlQ11g cua vectO' ] di qua m~t d6 : Is (t)= fii (M,t).dS . Trong truUng hQ'P mOt lap dong, thi cutmg dO dong di¢n di qua mOt dutmg cong 'fi! ve tren lap M m~t E, va dinh huUog boo vectO' it (phap tuyC'n vai dutmg cong va tiep tuyen vai l:) se Ia (H.2b) : l'f?, (t)= f is (M,t).~dl . 'f! 2 Su bao toan dien tich . . 2.1. Nguyen Iy bao toan Trang m~ch di~n dUQ'c bi(~u dit;n tren hinh 3, th'i SI! tich di¢n vao t1,l di~n keo thea SI! xud't hi¢n cac di¢n tich tren cae ban cua t1,l di¢n. Nhung khi mOt ban t1,l di¢n da thu dUQ'c mOt di¢n tich +q, thl ban kia pMi mang di¢n tich trai dllU -q. Thanh thi'r, ta thlly di¢n tich cua m~ch di¢n (he khep kin) lul)n bang khl)ng theo thm gian. Thi nghiem chUng to rAng dien tich la mOt W;ii hn:rng bao toan : clien tich tling cOng cua mOt M khep kin dm:yc bao toan theo thM gian. Nguyen ly bao toan dien tich nay co th~ dm:yc ap d\lng trong mQi lhi nghi~m v~t IY. 2.2. f)!nh lu~t bao toan di~n tich d~ng tich phan Ta hay xet mOt he nam trong th~ tich V cua khl)ng gian, c6 dinh trong he quy chiC'u rna ta dang si'r dl,lIlg (HA). Di¢n tich cua he 0 thm di~m t 111. : Q(t) = fffvp(M, t)dr DO bien thien di¢n tie~ cua h¢ trong dan V! thm gian 111. : d~t) fffv op~~,t) dr. Theo nguyen Iy bao toan di¢n tich, nC'u di¢n tich toan phan eua he biC'n d6i thea thai gian, thi c6 nghia 111. chinh h¢ all trao d6i di¢n tich vai ngoai vi dooi d,.mg cae dong di¢n. H.2c. Dong di~n hmh s(li chi. Clii'mg d~ I > 0 +q -q q>O H.3. Sll t{ch di~n cho m(jt til dien. H.4. Sll bien dtJi dien rich trong m(jt the tich V giOi h(l1l bOi m(lt kIn L:.