Bài giảng vật lý đại cương A2 (Từ trường)

1 CHƯƠNG 4 - TỪ TRƯỜNG 1. Các đặctrưng củadòngđiện 2. Từ trường 3. Từ thông 4. Lưusố vector cường độ từ trường 5. Lựctừ trường 6. Công củatừ lực 2 1. Các đặctrưng củadòngđiện Cường độ dòng điện ) Dòng điện: dòng chuyểndờicóhướng của các điện tích (electron - điệntử tự do trong vậtdẫn, các i-ôn trong dung dịch điện phân, cả electron và i-ôn trong khốiplasma). S I ) Cường độ dòng điện: Đạilượng có trị số bằng điệnlượng (sốđiệntích trong một đơnvị thời gian) chuyển qua mộttiếtdiệntrongmôitrường dẫn điện. dt dq I = ) Đơnvị: A (Ampere) dt dq dt dq I 21 += ) Trường hợpvậtdẫncó2 loại điện tích chuyển động: Định nghĩa đơnvịđiệntích ∫∫ == tt Idtdqq 00 ª Từđ/n cường độ dòng điện, có: 3 1. Các đặctrưng củadòngđiện ª Coulomb là điệnlượng tải qua tiếtdiệnmộtvậtdẫntrongthờigian1 giây bởi 1 dòng điện không đổicócường độ bẳng 1 Ampere. ª Nếu I = const ⇒ q = It Định nghĩa đơnvịđiệntích Mật độ dòng điện S n ) Xét các điện tích +q, CĐ vớivậntốc điqua mộttiếtdiện S n củadâydẫn, v n Svnq dt qdn I 0 == ª Theo đ/n cường độ dòng điệncó: dtv. S n dV ª Trong khoảng thờigian dt, sốđiệntíchnằmtrong thể tích dV củadây: dtvSnq dVnqdnqdQ n 0 0 = = == 4 ) Phương: theo hướng chuyển động của các điện tích (+) S n M J r ) Gốc: đặttạimột điểmnàođótrênmộttiếtdiện vuông góc chiều dòng điện n S I J = ) Độ lớn: Vector mật độ dòng điện 1. Các đặctrưng củadòngđiện Mật độ dòng điện ª có: vqn S I J n 0 == (Mật độ dòng điện: Dòng điện điqua một đơnvị tiếtdiện) dS α dS n J r dS n J ) Mặt S bấtkỳ: SdJdSJJdSJdSdI nn r r .cos ==α== ∫ =⇒ S SdJI r r . Cường độ và mật độ dòng điện ) Từđ/n mật độ dòng điện ⇒ Nếu J = const trên toàn bộ S n , có: I = J.S n 5 Định luật Ohm (Georg Ohm) 1. Các đặctrưng củadòngđiện S V 1 V 2 S l I S l R ρ= với: ª Thực nghiệm: V 1 -V 2 = RI, R U R VV I = − = 21 ª ) Dạng vi phân: Xét đoạndâydẫn độ dài dl, tiết diện dS, điệntrở R, có điệnthế tại2 đầulàV và V + dV. A dS E r J r B dS (V) (V + dV) dl ) Dạng thông thường: ª Hay: EJ r r .σ= (phương trình cơ bảncủa điện động lực) E E dS dI J .σ= ρ == với: ρ =σ 1 là độ dẫn điện ª ρ = ρ −=−= +− = EdS dS dl dV R dV R dVVV dI 1)( ª Từđịnh luật Ohm thông thường, có: 6 Nguồn điện ) Năng lượng tạo ra nguồn điện: 1. Các đặctrưng củadòngđiện ) Nguồntrường lựccókhả năng đưa các điệntích(+) từ nơicóđiệnthế thấp đếnnơi có điệnthế cao, ngượcchiều điệntrường thông thường V 1 V 2 * E r II E r Nguồn điện ª Hóa năng: Ắc qui dùng chất điện phân ª Cơ năng: Tua bin gió, Tua bin nước, ª Quang năng: Pin mặttrời ª Nhiệtnăng: Than, dầumỏ, khí đốt ª Trường lựccókhả năng đưa các điện tích (+) từ nơicóđiệnthế thấp đếnnơicó điệnthế cao ⇒ trường lạ. 7 1. Các đặctrưng củadòngđiện Sức điện động (electromotive force - emf) ) Công trên một đơnvị điện tích mà nguồn điện thựchiện để dịch chuyển điện tích đótừ cựccó điệnthế thấp đếncựccóđiệnthế cao. dq dA = E q A = E hay ª Hiệu điệnthế giữa2 cựccủa nguồn điện U = E -I.r V 1 V 2 * E r II E r r E, ª Luôn có sự cảntrở bên trong đốivớichuyển động của điệntíchtừ cựcnàyđếncựckia⇒ điệntrở trong của nguồn điện(r) ⇒ hiệu điện thế nội: u= I.r 8 0 )( = ∫ ldE C r r Do: ldE C r r ∫ = )( * E ª () ldEldEldEE q A CCC r r r r r r r ∫∫∫ +=+== )( * )()( * E ª 1. Các đặctrưng củadòngđiện ) Xét mạch điệnkíncóđiệntrường ngoài E và điệntrường E* của nguồn điện. V 1 V 2 * E r II E r r E, Sức điện động (electromotive force - emf) ª Công điệntrường tổng hợpthựchiện để di chuyển điện tích trong mạch: ( ) ldEEqA C r r r ∫ += )( * 9 2. Từ trường Cùng cực đẩy nhau Khác cực hút nhau Hiệntượng tự nhiên Cực địalýBắcCựctừ Nam Nhân trái đất chứasắt Vỏ cứng 10 Dong dien voi kim la ban Hans Christian Oersted 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện [...]... điện ⇒ tính chất vật lý của khoảng không gian bao quanh bị biến đổi ⇒ tạo ra trường xung quanh, giữ vai trò truyền tương tác Đ/n: Khoảng không gian bao quanh các dòng điện và nam châm, thông qua đó có tương tác (lực) từ gọi là Từ Trường ⇒ trường vector 17 2 Từ trường r P dB Cảm ứng từ Định luật Biot-Savart-Laplace (J Baptiste Biot – Felix Savart – P Samon Lapalce) r r Đại lượng vật lý do phần tử dòng... hiện không có sự tham gia của vật chất trung gian, + Khi chỉ có 1 dòng điện ⇒ tính chất vật lý của khoảng không gian bao quanh không bị biến đổi Không phù hợp thực tiễn! Thuyết tác dụng gần: + Tương tác giữa các dòng điện được truyền đi không tức thời mà được truyền với v hữu hạn từ điểm này đến điểm khác trong không gian, + Tương tác được thực hiện thông qua sự tham gia của vật chất trung gian, + Khi... tay phải r r θ P v Idl I P’ r dB r r r I dB r dB 18 2 Từ trường Cảm ứng từ Nguyên lý chồng chất từ trường r Vector cảm ứng từ B của dòng điện bất kỳ gây ra tại r một điểm bằng tổng các vector cảm ứng từ d B do tất cả các phần tử dòng Idl gây ra tại điểm đó r r B= ∫ dB theo ca dòng đien 19 2 Từ trường Cảm ứng từ Nguyên lý chồng chất từ trường r Vector cảm ứng từ B gây bởi nhiều dòng điện bằng tổng các... trường H bất kỳ (C) r dl : Vector chuyển dời ứng với đoạn MM’ trên (C) Lưu số của vector cường độ từ trường: r r Đại lượng có giá trị bằng tích phân của H.dl lấy theo một đường cong kín đó r r ∫ Hdl = (C ) dl M’ r M H r r ∫ H dl cos(H , dl ) (C ) 34 4 Lưu số vector cường độ từ trường Định lý Ampere về dòng điện toàn phần r r + B, H gây bởi dòng điện thẳng vô hạn, cường độ I Xét: + Đường cong kín (C)... cos H , dl ≈ MK ≈ rdϕ ⇒ r r I ∫)H dl = 2π (C )dϕ ∫ (C 35 4 Lưu số vector cường độ từ trường Định lý Ampere về dòng điện toàn phần r r I có : ∫ H dl = ∫ dϕ 2π (C) (C) (C) bao quanh dòng điện: r r Có: dϕ = 2π ⇒ H dl = I ∫ ∫ (C ) I (C) (C) (C) không bao quanh dòng điện 2 O Δϕ b a 1 Coi (C) tạo bởi 2 đoạn 1a2 và 2b1 có : ∫ dϕ = ∫ dϕ + ∫ dϕ = Δϕ + ( −Δϕ ) = 0 (C) ( 1a 2 ) r r ⇒ ∫ H dl = 0 ( 2 b1 ) (C)... tròn r Mỗi vector d Bi có 2 thành phần dBix và dBiy, theo đó, R dBiy = dBi cos β = dBi r r dB1 μ 0 μ IRdl 4π r 3 Cảm ứng từ B do cả dòng điện tròn gây ra tại M: B = ∫ dB y = dB1 y M dB1x Áp dụng nguyên lý chồng chất ⇒ tổng các thành phần dBix = 0 do tính đối xứng, chỉ còn lại tổng các thành phần dB: dB y = β r dB2 r h I r dl1 β O R μ 0 μ IR μ μ IR μμ IS dl = 0 2πR = 0 ∫ 4π r 3 ca dòng đien 4π r 3 2π... dS, sao cho có thể coi vector cảm ứng từ B không đổi trên mỗi phần tử đó Đơn vị từ thông: Webe (Wb) ⇒ 1 T = 1 Wb/m2 31 3 Từ thông Thông lượng vector cảm ứng từ - Từ thông Mặt cong kín 32 3 Từ thông Định lý Gauss đối với từ trường Qui ước: Chiều dương của pháp tuyến đối với mặt cong kín hướng ra ngoài mặt đó r n r n (S) Từ thông âm ⇒ đường sức đi vào, Từ thông dương ⇒ đường sức đi ra Từ thông toàn phần... Tương tác của các dòng điện Nam cham voi dong dien Từ trường của nam châm vĩnh cửu Vành loa cố định Cuộn dây tạo ra âm Xương Nam châm loa Hướng chuyển động Vòng treo đàn hồi Tín hiệu từ âm-p-li (bộ khuếch đại) 11 2 Từ trường Tương tác của các dòng điện Hai dòng điện cùng chiều Hai dòng điện ngược chiều Andre Marie Ampere 12 2 Từ trường Tương tác của các dòng điện Phần tử dòng điện cơ sở Dòng điện: Dòng... dòng điện I ⇒ xác định từ trường B do AB gây ra tại M Chia dây AB thành nhữngr phần tử nhỏ có chiều dài dl ⇒ Vector dB do phần tử r dòng Idl gây ra tại M, có độ lớn: μ 0 μ Idl sin θ 4π r2 r Theo nguyên lý chồng chập, B của đoạn dB = dây AB, gây ra tại M: θ2 Idl Idl rr+ +dd rr K K ll rr θ θ M M M H H II r r B = ∫ dB r Do các dB cùng chiều nên: μ 0μI B = ∫ dB = 4π AB A A aa a rr dB B θ1 BB B AB sin θdl . đitứcthời( v ~ ∞), + Tương tác đượcthựchiện không có sự tham gia củavậtchấttrunggian, + Khi chỉ có 1 dòng điện ⇒ tính chấtvậtlýcủa khoảng không gian bao quanh không bị biến đổi. ª Không phù hợpthựctiễn! +. trong không gian, + Tương tác đượcthựchiện thông qua sự tham gia củavậtchấttrunggian, + Khi chỉ có 1 dòng điện ⇒ tính chấtvậtlýcủa khoảng không gian bao quanh bị biến đổi ⇒ tạoratrường xung quanh,. vai trò truyềntương tác. 18 Bd r Bd r r r r r lId v I P’ P 2 0 sin 4 r Idl dB θ π μ μ = ) Đạilượng vật lý do phầntử dòng điệntạo ra tạimộtvị trí trong không gian bao quanh, đặctrưng cho ảnh hưởng