Bài giảng điện tử chương Từ trường Vật lý đại cương

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ VẬT LÝ ĐIỆN - QUANG        NỘI DUNG Chương Trường tĩnh điện Chương Vật dẫn Điện môi Chương Dòng điện không đổi Chương Từ trường không đổi Chương Hiện tượng cảm ứng điện từ Chương Tính chất sóng ánh sáng Chương Tính chất lượng tử ánh sáng BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ VẬT LÝ ĐIỆN - QUANG        NỘI DUNG Chương Trường tĩnh điện Chương Vật dẫn Điện môi Chương Dòng điện không đổi Chương Từ trường không đổi Chương Hiện tượng cảm ứng điện từ Chương Tính chất sóng ánh sáng Chương Tính chất lượng tử ánh sáng BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ĐIỆN QUANG Chương TỪ TRƯỜNG KHÔNG ĐỔI Chương TỪ TRƯỜNG KHÔNG ĐỔI NỘI DUNG 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.1 WHAT PRODUCES MAGNETIC FIELD Điện trường sinh hạt mang điện Từ trường Dòng điện Hạt từ 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.1 Tương tác từ Dòng điện Từ trường Dòng điện 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG điện tích từ tích điện trường từ trường điện tích chuyển động điện tích từ tích từ trường điện tích chuyển động 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG q ∆q  I.d 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ &TỪ TRƯỜNG 4.1.2 Định luật Ampere tương tác từ I  I.d Véc tơ phần tử dòng điện: Có phương chiều dòng điện Có độ lớn I.dl 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.2 Định luật Ampere tương tác từ     µµ I d ∧ (I d ∧ r) Hằng số từ: μ = 4π.10-7 (H/m) dF12 = 2 31 Độ từ thẩm môi trường: μ 4π r 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.1 Tác dụng từ trường lên phần tử dòng điện L Idl dF = Idl B sin α dF = Idl × B α B B I Fm Lực Ampere F = I.L.B 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.2 Lực tương tác hai dòng điện I1 μμ I 1I l × F= 2π d I2 F21 B12 B21 F12 Ngược chiều Cùng chiều I2 I1 μμ I B= 2π d F21 B21 B12 F12 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.3 Tác dụng từ trường lên khung dây có dòng điện F3 Chiều: I → n F1 = F2 = F = I.b.B O2 F1 F2 M = F.a.sinα = IabBsinα α ω M = ISBsinα O1 F4 Trạng thái cân bằng: n // B M = IS×B 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN Minh họa tác dụng từ trường lên khung dây có dòng điện 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.4 Tác dụng lực từ lên hạt điện chuyển động – Lực Lorentz   Hạt mang điện cđ với vận tốc v từ trường Bchịu tác dụng lực Lorentz:      FL = q v × B = q  v, B  FL = q vB sin θ Đặc điểm:   - Phương: vuông góc với vvà B - Chiều: quy tắc bàn tay trái (nếu q > 0), tay phải (nếu q < 0) - Điểm đặt: điện tích q 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.4 Tác dụng lực từ lên hạt điện chuyển động – Lực Lorentz Chú ý: lực Lorentz vuông góc với đường nên không sinh công động hạt không thay đổi Vậy lực có tác dụng làm thay đổi phương mà không thay đổi độ lớn vận tốc 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.4 Tác dụng lực từ lên hạt điện chuyển động – Lực Lorentz Véctơ vận tốc vuông góc với đường sức từ trường v ⊥ B q v F = q.[v × B ] L FL R mv R= qB B v⊥B qB f= 2πm 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.4 Tác dụng lực từ lên hạt điện chuyển động – Lực Lorentz Véctơ vận tốc không vuông góc với đường sức từ trường δ mv ⊥ mv sin α R= = qB qB 2πmv cos α h = v ⋅ T = qB (v, B) ≠ π/2 Quỹ đạo hạt đường xoắn nằm mặt trụ có trục  song song với B 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN Minh họa chuyển động điện tích từ trường 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 4.3.5 Công lực từ AB = L F = B.I.L = dA Fds = I L.B= ds IB.dS = A= ∫ dA 2 I dφ I= ∫ dφ ∫= m m I (φm − φm1 ) dA = I B.dS = IdΦm A = I.∆Φm Độ biến thiên từ thông Φ: ∆Φ > 4.3 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN Chú ý: Công thức tính công trường hợp mạch kín chuyển động từ trường không Một mạch kín tịnh tiến từ trường công lực từ không Question: Figure out the direction of uniform magnetic field? Electron Beam Midterm Exam [...]... Cảm ứng từ và cường độ từ trường của một số dòng điện đơn giản Bài toán 3: Tính B, H gây bởi hạt tích điện chuyển động: Hạt điện tích q chuyển động với vận tốc v tương đương với phần tử dòng điện I.dl, sao cho:   qv = I.d Cảm ứng từ do hạt tích điện gây ra:    μμ qv ∧ r B= 0 3 4π r 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG... VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.1 Đường cảm ứng từ Định nghĩa đường cảm ứng từ: Từ phổ: Từ phổ của dòng điện tròn 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.1 Đường cảm ứng từ I O B Đường sức từ của dòng điện thẳng Từ phổ của ống dây 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.1 Đường cảm ứng từ Đường cảm ứng từ là các đường cong kín, không cắt nhau  Từ trường có tính chất xoáy Số đường... tơ cường độ từ trường Cảm ứng từ tại một điểm do một dòng điện gây ra phụ thuộc vào tính chất của môi trường trong đó đặt dòng điện Trong môi trường đồng chất và đẳng hướng, véc tơ cường độ từ trường được định nghĩa:   B H= µ 0µ  Cường độ từ trường không phụ thuộc vào tính chất môi trường 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ TỪ TRƯỜNG 4.1.7 Cảm ứng từ và cường độ từ trường của một số dòng điện đơn giản Bài toán 1:... ứng từ được xác định theo qui tắc cái đinh ốc  dB  I.d α  r 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.4 Véc tơ cảm ứng từ Định luật Biot-Savart-Laplace 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.5 Nguyên lý chồng chất từ trường Cảm ứng từ tại một điểm do một dòng điện gây ra: ∫ Cả dòng điện B = dB Cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra: n ΣB B = B1 + B2 + B3 + … +Bn = i =1 i 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG... TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.3 Khái niệm từ trường Lực tương tác giữa hai dòng điện được truyền như thế nào? Tính chất không gian xung quanh dòng điện có bị biến đổi? Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh dòng điện, tác dụng lực từ lên dòng điện khác đặt trong không gian của nó Vận tốc truyền tương tác từ là hữu hạn, bằng vận tốc truyền ánh sáng trong chân không 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.4... góc với từ trường tỷ lệ với: B.dSn 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.2 Từ thông (thông lượng cảm ứng từ) Từ thông gửi qua diện tích vi phân dS: dΦm = B.dS dΦm = B.dS.cosα = BdSn = BndS dS B Từ thông gửi qua mặt S: ∫ ∫ Φm = dΦm = B.dS.cosα S S Nếu mặt S là phẳng và từ trường đều: Φm = B.S.cosα [Φm ] = Wb (Vêbe) 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.3 Định lý O–G... điện gây ra: μμ 0 I B= ( cosθ1 − cosθ2 ) 4πR I H= ( cosθ1 − cosθ2 ) 4πR Cảm ứng từ và cường độ từ trường do dòng điện dài vô hạn: μμ 0 I B= 2πR I H= 2πR 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.7 Cảm ứng từ và cường độ từ trường của một số dòng điện đơn giản dBn Bài toán 2: Tính B, H gây bởi dòng điện tròn:  Cảm ứng từ do mỗi phần tử gây ra: μμ 0 Idl = dB 2 sinθ 4π r μμ 0 Idl dB = 2  4π r Idl μμ 0 Idl... gây bởi dòng điện thẳng: Cảm ứng từ do phần tử Idl gây ra tại M: μμ 0 Idl = dB 2 sinθ 4π r μμ 0 I = dB sinθ.dθ 4πR Cảm ứng từ do cả dòng gây ra: θ2 μμ 0 I B = ∫ dB = sinθdθ ∫ 4πR θ1 dd I  I.d θ2 dl =  ⊕ dB R θ θ1 R.dθ sin 2 θ M r r= R sin θ 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.7 Cảm ứng từ và cường độ từ trường của một số dòng điện đơn giản Cảm ứng từ và cường độ từ trường do đoạn dòng điện gây ra:... TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.7 Cảm ứng từ và cường độ từ trường của một số dòng điện đơn giản Cảm ứng từ do cả dòng điện gây ra: dBn  dB1  dB 2 μμ 0 IR μμ 0 IR B = ∫ dB= = dl 2 2 3/2 πR n 3 ∫ 2π r 2π (R +h ) μμ 0 I.S B= 2 2 3/2 r 2π (R +h ) Mômen từ của dòng điện tròn:   Idl1    μμ 0 Pm Pm = I ⋅ S B= 3 2π R 2 + h 2 2 ( ) β M h  S R  I  Idl 2 4.1 TƯƠNG TÁC TỪ & TỪ TRƯỜNG 4.1.7... Định lý O–G Phát biểu: Từ thông gửi qua mặt kín bất kỳ bằng không Biểu thức: ∫ B.dS = 0 S Biểu thức dạng vi phân: div B = 0 ∂B x ∂B y ∂B z + + = 0 ∂x ∂y ∂z 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.4 Lưu số của véctơ cường độ từ trường N ∫ M LB(MN) = H.dl B M (Lưu số của từ trường trên đường cong MN) dl N 4.2 ĐỊNH LÝ O-G VÀ ĐỊNH LÝ AMPERE ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 4.2.5 Định lý dòng toàn phần Công