Bài giảng điện động lực từ trường trong vật chất TS ngô văn thanh

ĐIỆN ĐỘNG LỰC TS Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2015 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Tài liệu tham khảo [1] David J Griffiths (2013), Introduction to electrodynamics, Pearson Education [2] Nguyễn Văn Thỏa (1978), Điện động lực học, NXB ĐH THCN [3] Đào Văn Phúc (1978), Điện động lực học, NXB GD [4] Nguyễn Hữu Mình (1983), Bài tập Vật lý lý thuyết, NXB GD [5] Nguyễn Phúc Thuần (1996), Điện động lực học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Nguyễn Hữu Chí (1998), Điện động lực học, Tủ sách trường ĐHKH Tự nhiên Tp HCM [7] Võ Tình, Giáo trình Điện động lực học, ĐHSP Huế Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/diendongluc/ Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 TỪ TRƯỜNG TRONG VẬT CHẤT Độ từ hóa Trường vật thể từ hóa Trường bổ trợ H Môi trường tuyến tính không tuyến tính Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ hóa  Nghịch từ, thuận từ, sắt từ  Trong nguyên tử, điện tử quay xung quanh hạt nhân, đồng thời quay quanh trục • Điện tích chuyển động sinh dòng  Xét hệ vĩ mô: dòng điện kín bé, xem lưỡng cực từ, thường chúng triệt tiêu lẫn  Khi có mặt từ trường, có xếp lại định hướng lưỡng cực từ này, môi trường trở thành phân cực từ hay gọi bị từ hóa • Thuận từ : độ từ hóa song song với từ trường • Nghịch từ : độ từ hóa đối song với từ trường • Sắt từ : vật liệu giữ độ từ hóa sau ngắt từ trường Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ hóa  Moment xoắn lực lưỡng cực từ  Xét mô hình dòng kín  Tạo dòng kín hình chữ nhật  Chọn gốc tọa độ tâm vòng  Vòng đặt nghiêng góc so với trục z theo phương y  Xét từ trường áp vào theo phương z  Lực tác dụng lên cạnh nghiêng triệt tiêu lẫn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ hóa  Lực từ trường gây moment xoắn  Biên độ lực tác dụng lên cạnh b:  Thay vào ta có  m = (I a b) gọi moment lưỡng cực từ vòng • Moment xoắn song song với từ trường, đặc trưng cho thuận từ  Trong từ trường đều, tổng hợp lực tác dụng lên vòng dây kín  Trường hợp từ trường không Với vòng dây kín hình tròn, ta có  Trường hợp vòng vô bé Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ hóa  Ảnh hưởng từ trường lên quỹ đạo nguyên tử  Giả thiết : chuyển động quỹ đạo đường tròn bán kính R  Chu kỳ chuyển động điện tử:  Chuyển động điện tử gây dòng điện  Moment lưỡng cực quỹ đạo  Gia tốc hướng tâm điện tử chống lại lực điện riêng:  Lực điện riêng tác dụng lên điện tử Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ hóa  Khi có mặt từ trường B, có thêm thành phần lực Lorentz • Giả thiết từ trường vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo, viết lại biểu thức suy  Giả thiết chênh lệch vận tốc không lớn, ta có  Từ trường làm tăng vận tốc điện tử  Sự thay đổi moment lưỡng cực từ  Độ lệch lưỡng cực từ đối song với từ trường, đặc trưng cho nghịch từ  Độ từ hóa :  Định nghĩa: xác định moment lưỡng cực từ đơn vị thể tích  Ký hiệu : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Trường vật thể từ hóa  Dòng vỏ (bao)  Xét mẩu vật liệu từ hóa  Thế vector lưỡng cực đơn  Mỗi yếu tố thể tích mang theo đơn vị moment lưỡng cực từ  Thế vector toàn phần:  Sử dụng thủ thuật toán học : suy  Lấy tích phân phần: Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 10 Trường vật thể từ hóa  Biến đổi tiếp tích phân  Tương tự ta đặt dòng khối  dòng bề mặt  Cuối ta viết lại Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 11 Trường vật thể từ hóa  Bản chất Vật lý dòng vỏ (bao)  Vật liệu từ hóa xét dải kín  Xét mẩu vật liệu từ có diện tích mặt a, với độ từ hóa M • Moment lưỡng cực: • Dòng bề mặt  Chú ý: hai mặt mẩu vật liệu từ dòng • Vector độ từ hóa song song với vector pháp tuyến Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 12 Trường vật thể từ hóa  Khi từ trường không đều, dòng bên vật từ hóa không triệt tiêu lẫn  Xét hai khối từ lân cận có độ từ hóa khác  Tại mặt đối diện nhau, có dòng chảy theo phương x  Dòng mật độ khối theo phương x:  Tương tự trường không theo phương z ta lại có thêm lượng  Tổng hợp trường hợp, ta có là:  Dòng vỏ đại lượng bảo toàn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 13 Trường bổ trợ H  Định luật Ampere vật liệu từ hóa  Dòng toàn phần  Jf : dòng tự do, tác dụng từ bên  Dòng vỏ từ hóa gây xuất phát từ xếp lưỡng cực từ  Viết lại định luật Ampere  Biến đổi toán học  Ký hiệu đại lượng H ta viết lại  Biểu diễn tích phân • Ifenc dòng tự toàn phần xuyên quà vòng Ampere Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 14 Trường bổ trợ H  Điều kiện biên  Điều kiện biên viết cho H dòng tự  Thành phần pháp tuyến H  Thành phần tiếp tuyến H  Như vậy, điều kiện biên H thuận lợi B xét trường hợp từ trường vật liệu  Thành phần pháp tuyến B  Thành phần tiếp tuyến B Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 15 Môi trường tuyến tính không tuyến tính  Độ cảm từ từ môi  Đối với vật liệu thuận từ nghịch từ, B = M =  Biểu thức vector độ từ hóa • gọi độ cảm từ  Độ cảm từ đại lượng không thứ nguyên • Thuận từ : độ cảm từ lớn • Nghịch từ : có độ cảm từ âm  Vật liệu thỏa mãn phương trình gọi môi trường tuyến tính  Từ trường toàn phần  Trong •  gọi từ môi vật liệu • 0 từ môi không gian tự Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 16 Môi trường tuyến tính không tuyến tính  Sắt từ  Đối với môi trường không tuyến tính  Khi từ trường  Có xếp định hướng lưỡng cực từ theo mảng bé (domain)  Tồn độ từ hóa tự phát  Hiện tượng từ trễ [...].. .Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 11 2 Trường của vật thể từ hóa  Bản chất Vật lý của dòng vỏ (bao)  Vật liệu từ hóa có thể được xét như một dải bằng kín  Xét một mẩu vật liệu từ có diện tích mặt a, với độ từ hóa M • Moment lưỡng cực: • Dòng bề mặt  Chú ý: hai mặt trên và dưới của mẩu vật liệu từ không có dòng • Vector độ từ hóa song song với vector pháp tuyến Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý... cảm từ và từ môi  Đối với các vật liệu thuận từ và nghịch từ, khi B = 0 thì M = 0  Biểu thức vector độ từ hóa • được gọi là độ cảm từ  Độ cảm từ là một đại lượng không thứ nguyên • Thuận từ : khi độ cảm từ lớn hơn 0 • Nghịch từ : khi có độ cảm từ âm  Vật liệu thỏa mãn phương trình trên được gọi là môi trường tuyến tính  Từ trường toàn phần  Trong đó •  được gọi là từ môi của vật liệu • 0 là từ. .. Trường của vật thể từ hóa  Khi từ trường không đều, dòng bên trong vật từ hóa không triệt tiêu lẫn nhau  Xét hai khối từ lân cận nhau có độ từ hóa khác nhau  Tại mặt đối diện nhau, có dòng chảy theo phương x  Dòng mật độ khối theo phương x:  Tương tự nếu như trường không đều theo phương z ta lại có thêm một lượng  Tổng hợp 2 trường hợp, ta có hoặc là:  Dòng vỏ là một đại lượng bảo toàn Ngô Văn. .. Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 13 3 Trường bổ trợ H  Định luật Ampere trong vật liệu từ hóa  Dòng toàn phần  Jf : là dòng tự do, tác dụng từ bên ngoài  Dòng vỏ là do sự từ hóa gây ra xuất phát từ sự sắp xếp của các lưỡng cực từ  Viết lại định luật Ampere  Biến đổi toán học  Ký hiệu đại lượng H ta viết lại  Biểu diễn tích phân • Ifenc là dòng tự do toàn phần xuyên quà vòng Ampere Ngô Văn Thanh. .. gọi là từ môi của vật liệu • 0 là từ môi của không gian tự do Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 16 4 Môi trường tuyến tính và không tuyến tính  Sắt từ  Đối với môi trường không tuyến tính  Khi không có từ trường ngoài  Có sự sắp xếp định hướng của các lưỡng cực từ theo từng mảng bé (domain)  Tồn tại độ từ hóa tự phát  Hiện tượng từ trễ ... Ampere Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 14 3 Trường bổ trợ H  Điều kiện biên  Điều kiện biên viết cho H và dòng tự do  Thành phần pháp tuyến của H  Thành phần tiếp tuyến của H  Như vậy, các điều kiện biên của H sẽ thuận lợi hơn B khi xét trường hợp từ trường trong vật liệu  Thành phần pháp tuyến của B  Thành phần tiếp tuyến của B Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 15 4 Môi trường tuyến tính và không ... nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 TỪ TRƯỜNG TRONG VẬT CHẤT Độ từ hóa Trường vật thể từ hóa Trường bổ trợ H Môi trường tuyến tính không tuyến tính Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 Độ từ. .. mặt từ trường, có xếp lại định hướng lưỡng cực từ này, môi trường trở thành phân cực từ hay gọi bị từ hóa • Thuận từ : độ từ hóa song song với từ trường • Nghịch từ : độ từ hóa đối song với từ trường. .. mặt mẩu vật liệu từ dòng • Vector độ từ hóa song song với vector pháp tuyến Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2015 12 Trường vật thể từ hóa  Khi từ trường không đều, dòng bên vật từ hóa không triệt