Điện động lực học vi mô và bản chất điện từ của môi trường

Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí A - Phần mở đầu i Lý DO CHọN Đề TàI Tính chất vật lý học tính thực nghiệm Nhưng muốn trình bày định luật, định lượng vật lý học cách xác ta phải dùng phương pháp toán học Phương pháp toán học áp dụng từ lâu vật lý hiệu lực nghiên cứu làm phát sinh ngành vật lý Vật lý lý thuyết Vật lý lý thuyết có nội dung vật lý phương pháp toán học Nó tìm quy luật tổng quát nhất, phản ánh chất vật lý nhiều loại tượng xét cách tổng hợp Một môn quan trọng Vật lý lý thuyết Điện động lực học Nó nghiên cứu quy luật tổng quát điện từ trường hạt tích điện Điện động lực học vi mô nghiên cứu tượng điện từ, có xét đến cấu trúc phân tử, nguyên tử môi trường tính gián đoạn điện tích Điện động lực học vi mô giải thích cấu hiểu chất nhiều tượng điện từ như: thuận từ, nghịch từ, siêu dẫn mà điện động lực học vĩ mô chưa giải thích hay mô tả mặt hình thức Để nghiên cứu sâu lý thuyết chọn đề tài: Điện động lực học vi mô chất điện từ môi trường để giải thích cấu hiểu chất số tượng điện từ mục đích nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp cho phép giải thích cấu hiểu chất nhiều tượng điện từ GVHD: TS Lưu Thị Kim Thanh SVTH: Đỗ Thị Thắm Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu quy luật tổng quát điện từ trường hạt tích điện phạm vi điện động lực học phương pháp nghiên cứu - phương pháp toán học - phương pháp nghiên cứu tài liệu ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài: Điện động lực học vi mô chất điện từ môi trường giải thích cấu hiểu chất nhiều tượng điện từ mà Điện động lực học vĩ mô chưa giải thích hay mô tả mặt hình thức GVHD: TS Lưu Thị Kim Thanh SVTH: Đỗ Thị Thắm Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí B - phần nội dung Chương TƯƠNG TáC GIữA CáC ĐIệN TíCH Và ĐIệN Từ TRƯờNG 1.1 Các phương trình điện động lực học vi mô Điện động lực học vi mô coi môi trường vật chất gồm hạt tích điện đặt chân không Điện từ trường môi trường vật chất điện từ trường chân không, bị trường hạt tích điện làm biến đổi Sự có mặt môi trường vật chất coi đưa thêm vào chân không số điện tích bổ sung dòng điện bổ sung Những điện tích bổ sung dòng điện bổ sung xuất điều kiện cụ thể định ảnh hưởng môi trường vật chất điện từ trường ảnh hưởng điện tích dòng điện đó, phụ thuộc phân bố cụ thể điện tích dòng điện Theo điện động lực học vi mô, tượng điện từ môi trường vật chất, tính chất điện từ môi trường vật chất giải thích tác dụng điện tích dòng điện bổ sung nói Như suy đến cùng, điện động lực học vi mô xét đến điện từ trường chân không, cần dùng đến số điện môi độ từ thẩm chân không Do êlectrôn nguyên tử chuyển động nhanh, mật độ điện tích mật độ dòng điện vi mô môi trường vật chất biến thiên nhanh theo thời gian từ điểm sang điểm khác Nên điện từ trường điện động lực học vi mô điện từ trường biến thiên nhanh GVHD: TS Lưu Thị Kim Thanh SVTH: Đỗ Thị Thắm Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí theo toạ độ thời gian Ta ký hiệu vectơ điện trường từ trường là: E , D, H , B Giữa vectơ có hệ thức: D E B H Nếu gọi mật độ điện tích , vận tốc v , mật độ dòng điện là: j v Những phương trình điện động lực học vi mô gọi phương trình Macxuen Lorenxơ B rot E t (1.1) D rot H v t divD (1.2) (1.3) divB (1.4) Mật độ lực tác dụng lên điện tích: f {E [vB]} w ( E D H B) Mật độ dòng lượng điện từ trường: P [ E H ] Mật độ lượng điện từ trường: (1.5) (1.6) (1.7) Các phương trình Macxuen Lorenxơ dùng cho chân không môi trường vật chất Đối với môi trường vật chất phải xét thêm đến điện tích dòng điện môi trường ( kể điện tích dòng điện nguyên tử), phương trình lượng GVHD: TS Lưu Thị Kim Thanh SVTH: Đỗ Thị Thắm Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí v có giá trị dạng biểu diễn cụ thể tuỳ theo trường hợp cụ thể 1.2 Chuyển động điện tích tự điện từ trường Xét điện tích e chuyển động với vận tốc v điện từ trường, lực Lorenxơ điện từ trường tác dụng lên có giá trị bằng: F e{E [vB ]} (2.1) Do phương trình chuyển động điện tích là: d ( mv) e{E [vB]} dt (2.2) Chúng ta xét trường hợp điện tích chuyển động với vận tốc v[...]... Thuận từ và nghịch từ Ta biết rằng, khi đặt từ môi vào một từ trường ngoài, trong từ môi xuất hiện một từ trường phụ bổ sung thêm vào từ trường ngoài Đối với chất thuận từ, từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngoài, và đối với chất nghịch từ, từ trường phụ ngược chiều với từ trường ngoài 2.3.1 Nghịch từ Chúng ta xét cơ cấu của hiện tượng nghịch từ Khi không có từ trường ngoài mỗi êlectrôn có một mômen... là trường của tất cả các điện tích ở ngoài quả cầu tác dụng vào tâm quả cầu, ta có thể không cần xét đến cấu trúc phân tử của điện môi, mà coi điện môi như một môi trường liên tục Điện trường vĩ mô trung bình trong môi trường là E , và vectơ phân cực trung bình của môi trường là P Nếu trong môi trường đó ta khoét bỏ đi quả cầu O, thì điện trường của phần còn lại sẽ đúng bằng E1 Gọi Ec là điện trường. .. vectơ A là hàm của toạ độ r và thời gian t nên: d A A r A ( )A (v) A dt t t r t dp A e( grad ) e[vrot A] Do đó (4.9) trở thành: dt t dp Hay: e{E [vB]} dt (4.9) Đó chính là phương trình chuyển động của hạt trong điện từ trường mà ta đã rút được từ phương trình Lagrangiơ Chương 2: ĐIệN MÔI Và Từ MÔI 2.1 Sự phân cực của điện môi trong điện trường Mỗi phân tử điện môi là một... P tùy thuộc tính chất của điện môi 2.1.1 Sự phân cực của các điện môi có phân tử không cực Các điện tích trong phân tử là điện tích liên kết, chúng không thể di chuyển tự do trong điện môi được Khi ta đặt điện môi vào một điện trường ngoài, các điện tích trong mỗi phân tử bị dịch chuyển đi một ít, phân tử bị biến dạng và trong từng phân tử xuất hiện một mômen lưỡng cực p Các điện tích dương bị dịch... cảm nghịch từ là một số âm GVHD: TS Lưu Thị Kim Thanh 32 SVTH: Đỗ Thị Thắm Khoá luận tốt nghiệp Khoa Vật Lí 2.3.2 Thuận từ Khác với chất nghịch từ, khi chưa có từ trường ngoài, mỗi nguyên tử của chất thuận từ đã có một mômen từ M 0 0 , nhưng các mômen từ đó xếp đặt hỗn độn theo mọi phương nên vectơ từ hoá I vẫn bằng 0 và chất thuận từ khi đó không có từ tính Khi đặt chất thuận từ vào từ trường ngoài,... lượng vĩ mô như mật độ vật chất, áp suất, nhiệt độ, vv Do đó hằng số điện môi trong trường hợp này là hàm bậc nhất của mật độ vật chất, nó không phụ thuộc tường minh vào nhiệt độ Đối với các điện môi có mật độ vật chất khá lớn (thí dụ: các chất khí đặc, các chất lỏng), hiện tượng xảy ra cũng tương tự như trên, nhưng điện trường tác dụng lên phân tử không phải là trường vĩ mô E Trường vĩ mô E là trường. .. hạt tích điện chuyển động trong điện từ trường, hàm Lagrangiơ của nó được bổ sung thêm những số hạng biểu diễn tương tác giữa hạt và điện từ trường, và có dạng: 1 L mv 2 e e Av 2 (4.5) Trong đó e là điện tích của hạt, và A là thế vô hướng và thế vectơ của trường Nếu phương trình Lagrangiơ (4.4) chứa hàm Lagrangiơ (4.5), nó tương đương với phương trình chuyển động của hạt trong điện từ trường Thực... êlectrôn chứa trong thể tích nhỏ vĩ mô V ) Chất nghịch từ do đó bị nhiễm từ ngược chiều với từ trường ngoài Trên cơ sở hiện tượng mô tả như trên, chúng ta sẽ tính độ cảm nghịch từ (3.4) t của từ môi Ta có: I t H Chọn gốc toạ độ trùng với hạt nhân và trục 0z theo phương từ trường ngoài Gọi r i là bán kính vectơ của êlectrôn thứ i Mômen từ của nguyên tử do sự tiến động của các êlectrôn gây ra là: I... các điện môi có mật độ vật chất lớn, ta phải xét đến trường tác dụng Et E Khi đó biểu thức của ' phức tạp hơn, nhưng kết quả tính ra không khác với trường hợp các khí loãng Hằng số điện môi ' ở đây là một số phức, và ta biết rằng sóng điện từ phải bị tắt dần trong điện môi Chiết suất tuyệt đối n tính theo (2.1) cũng là số phức Phần ảo của chiết suất phức xác định mức độ tắt dần của sóng điện từ. .. các điện môi nhóm thứ hai, mỗi phân tử đều có pi 0 , nhưng các mômen này xếp đặt hỗn độn theo mọi phương, nên đối với một số khá lớn phân tử thì P =0 Do đó khi chưa có điện trường ngoài, cả hai loại điện môi đều chưa bị phân cực Khi đặt điện môi vào điện trường ngoài, trong điện môi có hiện tượng phân cực, thể hiện bằng vectơ phân cực P Cơ cấu của sự xuất hiện vectơ phân cực P tùy thuộc tính chất ... CáC ĐIệN TíCH Và ĐIệN Từ TRƯờNG 1.1 Các phương trình điện động lực học vi mô Điện động lực học vi mô coi môi trường vật chất gồm hạt tích điện đặt chân không Điện từ trường môi trường vật chất điện. .. hưởng môi trường vật chất điện từ trường ảnh hưởng điện tích dòng điện đó, phụ thuộc phân bố cụ thể điện tích dòng điện Theo điện động lực học vi mô, tượng điện từ môi trường vật chất, tính chất điện. .. Thuận từ nghịch từ Ta biết rằng, đặt từ môi vào từ trường ngoài, từ môi xuất từ trường phụ bổ sung thêm vào từ trường Đối với chất thuận từ, từ trường phụ chiều với từ trường ngoài, chất nghịch từ,