CHUONG 14 TU TRUONG DIEN TRUONG

CHƢƠNG 14: I II III IV V VI VII VIII TỪ TRƢỜNG TƢƠNG TÁC TỪ Thí nghiệm Ðịnh luật Ampère lực tương tác hai dòng điện TỪ TRƢỜNG(VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƢỜNG ÐỘ TỪ TRƢỜNG Khái niệm từ trường Véctơ cảm ứng từ Nguyên lý chồng chất Véctơ cường độ từ trường Tính từ trường dòng điện ÐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ TỪ THÔNG ÐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS Ðường cảm ứng từ Từ thông Ðịnh lý Otrogradski-Gauss ÐỊNH LUẬT AMPÈRE LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÕNG ÐIỆN SỰ TỪ HÓA DÕNG ÐIỆN PHÂN TỬ THUẬN TỪ VÀ NGHỊCH TỪ I TƢƠNG TÁC TỪ Thí nghiệm TOP Ðầu kỷ XIX, nhà vật lý Pháp Ampère phát rằng: hai dây dẫn mang dòng điện tương tác với Hai dây dẫn đặt song song với hút hai dây có dòng điện chạy chiều, chúng đẩy dòng điện chạy ngược chiều (Hình14.3) Như vậy, cuộn dây có dòng điện chạy qua hút đẩy Mỗi cuộn dây có dòng điện chạy qua, tương đương với nam châm, có hai cực Cực tương đương với cực Bắc nam châm gọi cực bắc cuộn dây, cực mà nhìn từ vào cuộn dây, ta thấy dòng điện ngược chiều kim đồng hồ (Hình14.4) Hai cuộn dây có dòng điện chạy qua hút hai cực khác tên chúng gần nhau, đẩy hai cực tên gần Ðịnh luật Ampère lực tƣơng tác hai dòng điện TOP Lực tương tác hai dòng điện phụ thuộc vào cường độ dòng điện, vào hình dạng dây dẫn có dòng điện vào khoảng cách hai dây dẫn Vì xác định cách tổng quát lực tác dụng hai dòng điện Ta xác định định luật lực tương tác hai nguyên tố dòng điện Ðộ lớn hướng lực phụ thuộc vào hướng nguyên tố Ta xét hai nguyên tố xếp đặt không gian hình 14 Tổng hợp kết đây, ta xác định lực tác dụng hai nguyên tố mạch điện sau: Các biểu thức (14.1) (14.2) biểu thức định luật Ampère lực tương tác hai nguyên tố dòng điện Ðó định luật từ, đóng vai trò giống định luật Coulomb tĩnh điện Nhờ định luật này, ta tính lực tương tác dòng điện có hình dạng II TỪ TRƢỜNG - VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƢỜNG ÐỘ TỪ TRƢỜNG Khái niệm từ trƣờng TOP Khi xét tương tác dòng điện, đặt số câu hỏi sau: dây dẫn có dòng điện đặt gần dòng điện khác chúng có lực tương tác; lại có lực tương tác đó? lực tương tác truyền từ dòng điện sang dòng điện khác nào? có dòng điện, không gian quanh có biến đổi không? Câu trả lời giống với tương tác tĩnh điện Sở dĩ hai dòng điện có tương tác từ xung quanh dòng điện có từ trường Khi có dòng điện đặt từ trường dòng điện chịu tác dụng lực từ trường Từ trường xuất xung quanh dòng điện mặt dòng điện khác Khi không gian xung quanh dòng điện có biến đổi định Sau này, thấy từ trường, điện trường, có tinh chất vật lý xác định từ trường dạng tồn vật chất TOP Véctơ cảm ứng từ Ðể đặc trưng cho từ trường cách định lượng, người ta dùng đại lượng cảm ứng từ Ðể xác định độ lớn cảm ứng từ, người ta dựa vào tính chất từ trường tác dụng từ trường lên dòng điện Ta tiến hành giống ta đưa khái niệm cường độ điện trường điện tích điểm Trong công thức định luật Ampère (14.2), ta xét riêng véctơ: Ðó nội dung định luật Biot-Savart-Laplace cảm ứng từ gây nguyên tố dòng điện Từ (14.3), ta thấy độ lớn cảm ứng từ là: Nguyên lý chồng chất TOP Cũng điện trường, từ trường tuân theo nguyên lý chồng chất Ứng dụng công thức (14.3) (14.4), ta tính véctơ cảm ứng từ gây hệ thống dòng điện có hình dạng điểm không gian TOP Véctơ cƣờng độ từ trƣờng Tính từ trƣờng dòng điện Tích phân lấy toàn độ dài L dòng điện Sau đây, ta xét vài ví dụ áp dụng biểu thức cho số trường hợp TOP Vì dòng điện khép kín, nên thực tế dòng điện thẳng dài vô hạn xét từ trường phần thẳng dòng dây điện cho độ dài lớn nhiều so với khoảng cách từ đến điển M bỏ qua từ trường phần dây lại (xem qúa xa M) phần thẳng dòng dây điện xem dài vô hạn b/ Dòng điện tròn: V LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÕNG ÐIỆN TOP Khi có dòng điện đặt từ trường dòng điện chịu tác dụng lực từ trường Lực nầy phụ thuộc vào hình dạng dòng điện vị trí từ trường Ta xét tác dụng từ trường lên số dòng điện có dạng đơn giản: Tác dụng từ trƣờng lên nguyên tố dòng điện Tác dụng từ trƣờng lên điện tích chuyển động TOP TOP Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động Lorentz xác định đầu tiên, công thức (14.24) gọi công thức Lorentz Ðiều cần ý làĠ vận tốc trung bình chuyện động định hướng điện tích, song công thức Lorentz trường hợpĠ vận tốc riêng điện tích Tác dụng tƣơng hỗ hai dòng điện thẳng song song, dài vô hạn TOP Cho hai dây dẫn song song, dài vô hạn, cách đoạn d có dòng điện I1 I2 chạy qua Mỗi dòng điện nằm từ trường dòng điện kia, nên chịu tác dụng lực từ Hai dòng điện tác dụng lực lên Cảm ứng từ dòng điện I1 gây điểm đặt dòng điện I2 là: Vậy ta kết luận: hai dòng điện I1 I2 chiều chúng hút chúng ngược chiều chúng đẩy Tác dụng từ trƣờng lên dòng điện kín TOP VI SỰ TỪ HÓA Véctơ từ hóa TOP TOP Khi từ môi chưa bị từ hóa, mômen từ phân tử phân bố hỗn loạn, nên tác dụng từ chúng triệt tiêu lẫn Nếu đặt từ môi vào từ trường mômen từ phân tử xếp theo hướng từ trường Vì vậy, vật bị từ hóa bao gồm hệ thống dòng điện phân tử định hướng (Hình 14.23) Toàn vật có mômen từ tổng tất mômen từ phân tử, cường độ từ trường từ môi mạnh dòng điện phân tử định hứơng mạnh tổng mômen từ phân tử đơn vị thể tích lớn Vậy véctơ từ hóaĠ chất tổng tất mômen từ phân tử đơn vị thể tích, ta có: Cƣờng độ từ trƣờng từ môi TOP VII DÕNG ÐIỆN PHÂN TỬ TOP Như ta biết nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện dương electron mang điện âm Nguyên tử tập trung toàn khối lượng hạt nhân Ở điều kiên bình thường nguyên tử trung hòa điện, nghiã số electron số prôton hạt nhân Ðiện tích hạt nhân số electron nguyên tử có liên hệ mật thiết với vị trí nguyên tố Bảng tuần hoàn Một nguyên tố có số thứ tự Z điện tích hạt nhân +Ze ( e: điện tích electron) Vì electron nguyên tử chuyển động không ngừng, cách gần đúng, xem electron chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn hay elip tương tự chuyển động hành tinh xung quanh mặt trời Mỗi electron nguyên tử chuyển động theo quỹ đạo khác Chúng quay quỹ đạo với tần số lớn (30( rad/s) Chuyển động điện tử xem dòng điện kín Trong Cơ học lượng tử, người ta tìm kết qủa tương tự chứng minh electron nguyên tử chuyển động theo quỹ đạo dừng xác định với mômen xung lượng : VIII THUẬN TỪ VÀ NGHỊCH TỪ TOP Ðể kiểm chứng ta làm thí nghiệm sau: Treo ống thuỷ tinh đựng đầy dung dịch Clorua sắt đặt vào hai cực nam châm điện ống nằm dọc theo đường cảm ứng từ (Hình 14.26) Ðặt nhánh ống hình chữ U có chưá dung dịch Clorua sắt cho ống thí nghiệm có mức dung dịch thấp mức ngang hai cực nam châm điện Khi nam châm điện hoạt động, ta thấy mực dung dịch nhánh dâng cao lên (hình 14.27) Nếu ta nhúng ông thuỷ tinh đựng dung dịch Clorua sắt vào bình khác đựng dung dịch nầy đậm đặc hẳn đưa vào nam châm ống bị đẩy nằm ngang giống chất nghịch từ (Hình14.28) Ðể làm thí nghiệm nghịch từ, ta dùng đũa Bismut treo từ trường hai cực nam châm thấy đũa bị đẩy miền từ trường yếu nằm vuông góc với phương từ trường (Hình 14.29) Hiệu ứng nghịch từ TOP Giải thích từ hóa chất nghịch từ TOP Giải thích từ hóa chất thuận từ TOP Chất thuận từ chất có mô men từ nguyên tử khác không Khi chưa có từ trường ngoài, chuyển động nhiệt nên mômen từ nguyên tử xếp hoàn toàn hỗn loạn phương ưu tiên mômen từ tổng hợp toàn vật thuận từ không vật tính từ tính 6 TRỌNG TÂM ÔN TẬP ***&&&*** Nêu vài thí nghiệm tương tác từ Ðịnh luật Ampere tương tác từ phần tử dòng điện, dòng điện chân không môi trường Nguyên lý chồng chất từ trường Khái niệm từ trường, véc tơ cảm ứng từ, cách tính vận tốc cảm ứng từ (tính với dòng điện thẳng) vận tốc cường độ từ trường Nguyên lý chồng chất, đơn vị Ðường cảm ứng từ, tính chất, khác đường cảm ứng từ đường sức điện trường Từ thông Ðịnh luật Ostrogradsky-Gauss Lưu số véctơ cường độ từ trường H Ðịnh lý lưu số Ứng dụng định lý lưu số để tính cảm ứng từ cuộn hình xuyến, cuộn Xôlenoit Biểu thức lực Lorentz, qui tắc bàn tay trái Lực từ tác dụng lên khung dây không co giãn, cách tạo động điện Sự từ hóa Véctơ từ hóa, cảm ứng từ môi trường CÂU HỎI ĐIỀN THÊM ***&&&*** Nguyên nhân làm xuất từ trường Một điện tử chuyển động tạo không gian xung quanh Tính chất đặc trưng đường cảm ứng từ Lưu số véc tơ cường độ từ trường dọc theo đường cong kín Muốn cho từ thông qua mạch thay đổi ta thay đổi Khi đặt khung dây không co dãn, có dòng điện chạy qua vào từ trường ta thấy Véc tơ đặc trưng cho từ trường điểm không phụ thuộc vào môi trường Ðường sức điện trường khác với đường cảm ứng từ Ðiện tử chuyển động từ trường có qũy đạo BÀI TẬP ***&&&*** Một cuộn dây hình trụ bán kính R, quấn n vòng dây điện kế sát Cho dòng điện có cường độ I chạy qua Tìm cảm ứng từ điểm M nằm trục cuộn dây cách hai đầu cuộn dây đoạn h h Một dòng điện có cường độ I chạy qua dây dẫn uốn thành hình chữ nhật có cạnh a 2a Xác định cảm ứng từ tâm O hình chữ nhật Một đoạn dây dẫn có đường kính 1mm Quấn thành dãy cho từ trường bên ống có giá trị 3.10- T Cường độ dây điện chạy qua 6A Hỏi phải quấn lớp dây điện lên ống ống dây vòng dây quấn sát Một electron chuyển động với vận tốc 108 m/s vào mặt phẳng vuông góc với đường sức từ trường có độ lớn 1,5.10-2 T a) Tính độ lớn lực từ tác dụng lên electron b) Chứng minh quỹ đạo electron hình tròn Tìm độ lớn bán kính hình tròn c) Tính động hạt electron PHÂN TÍCH NHỮNG CÂU PHÁT BIỂU ĐUÖG SAI ***@@@*** Nếu dòng điện có cường độ thay đổi theo thời gian từ trường tạo điểm xác định không đổi Các điện tử nguyên tử chuyển động nên có lực tương tác từ điện tử Trong chân không số điện c số từ Từ thông qua mặt kín S có điện tích lớn giá trị lớn Bên ống hình xuyến có dòng điện chạy qua, véc tơ cường độ từ trường không Nhân số điện với số từ ta bình phương vận tốc ánh sáng Từ thông qua mặt kính từ trường tổng dòng điện chạy qua mạch Từ trường qua ống dây tỷ lệ với số dòng dây cường độ dòng điện qua Ðặt hai dòng dây có hình dạng giống có cường độ I chạy qua theo chiều ngược không tạo từ trường 10 Véc tơ cảm ứng từ hướng từ cực bắc nam châm tới cực nam nam châm 11 Càng có nhiều dòng điện qua đường cong kín C từ trường lưu số H qua đường cong kín lớn CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM [...]... nam châm này, chịu tác dụng của lực từ sẽ định hứớng dọc theo các đường cảm ứng từ nếu ta gõ nhẹ vào tấm bìa Sự sắp xếp của mặt sắt cho ta hình ảnh của đường cảm ứng Hình ảnh đó gọi là từ phổ Trên hình 14. 14, ta có từ phổ của ống dây (xôlênôit) Các đường cảm ứng từ luôn là những đường cong khép kín tức là không có điểm xuất phát và không có điểm tận cùng Do tính chất đó từ trường được gọi là một trường... hai cực của một nam châm điện thì ống sẽ nằm dọc theo đường cảm ứng từ (Hình 14. 26) Ðặt một nhánh của ống hình chữ U có chưá dung dịch Clorua sắt sao cho trong ống thí nghiệm có mức dung dịch thấp hơn mức ngang của hai cực của một nam châm điện Khi nam châm điện hoạt động, ta sẽ thấy mực dung dịch ở nhánh đó dâng cao lên (hình 14. 27) Nếu ta nhúng ông thuỷ tinh đựng dung dịch Clorua sắt vào một bình khác... hẳn rồi đưa vào giữa thanh nam châm thì ống sẽ bị đẩy nằm ngang giống như chất nghịch từ (Hình14.28) Ðể làm thí nghiệm về nghịch từ, ta dùng một chiếc đũa bằng Bismut treo ở trong từ trường giữa hai cực của nam châm thì thấy đũa bị đẩy ra miền từ trường yếu và nằm vuông góc với phương của từ trường (Hình 14. 29) 1 Hiệu ứng nghịch từ TOP 2 Giải thích sự từ hóa của chất nghịch từ TOP 3 Giải thích sự từ... dọc theo một đƣờng cong kín TOP Ðể đơn giản, chúng ta hãy xét lưu số của véctơ cảm ứng từ của một dòng điện thẳng dài vô hạn, có cường độ I Ta xét một đường cong kín (L) phẳng bao quanh dòng điện (Hình 14. 16) Trên đường cong L ta chọn một chiều dương trong đó IK mang dấu dương nếu nó liên hệ với chiều dương của đường cong L theo qui tắc vặn nút chai và ngược lại Ðây là nội dung của định luật Ampere;... kín nói chung là khác không trong khi đó lưu số của điện trường tĩnh thì luôn luôn bằng không Ðiều đó nói lên sự khác nhau cơ bản giữa điện trường và từ trường 3 Thí dụ áp dụng TOP Từ định luật Ampere (14. 20), ta có thể tính từ trường của một dòng điện nào đó theo các bước sau: chọn một đường cong kín L để tính lưu số củaĠdọc theo L, sau đó tìm tổng số cường độ dòng xuyên qua L, cuối cùng cân bằng hai... dụng của từ trƣờng lên một nguyên tố dòng điện 2 Tác dụng của từ trƣờng lên một điện tích chuyển động TOP TOP Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động được Lorentz xác định đầu tiên, cho nên công thức (14. 24) còn được gọi là công thức Lorentz Ðiều cần chú ý làĠ là vận tốc trung bình của chuyện động định hướng của điện tích, song công thức Lorentz vẫn đúng trong trường hợpĠ là vận tốc riêng của điện tích... tiêu lẫn nhau Nếu đặt từ môi vào trong từ trường thì các mômen từ phân tử sắp xếp theo hướng của từ trường Vì vậy, khi vật bị từ hóa nó bao gồm một hệ thống các dòng điện phân tử được định hướng (Hình 14. 23) Toàn bộ vật có mômen từ bằng tổng tất cả mômen từ phân tử, cường độ từ trường trong từ môi càng mạnh thì những dòng điện phân tử được định hứơng càng mạnh vì thế tổng mômen từ phân tử trong một... kiên bình thường nguyên tử trung hòa về điện, nghiã là số electron bằng số prôton trong hạt nhân Ðiện tích hạt nhân và số electron trong nguyên tử có liên hệ mật thiết với vị trí của nguyên tố trong Bảng tu n hoàn Một nguyên tố có số thứ tự là Z thì điện tích ở hạt nhân là +Ze ( e: điện tích của electron) Vì các electron trong nguyên tử chuyển động không ngừng, và một cách gần đúng, có thể xem các electron... ra khỏi ống dây, đầu Nam là đầu mà véctơ cảm ứng từ đi vào ống dây III ÐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ TỪ THÔNG ÐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS 1 Ðƣờng cảm ứng từ TOP Ðường cảm ứng từ là đường vẽ trong từ trường mà tiếp tuyến với nó ở mỗi điểm trùng với véctơ cảm ứng từ tại điểm đó chiều dương của đường cảm ứng từ trùng với chiều của véctơ cảm ứng từ tại mỗi điểm Vì véctơ cảm ứng từ có giá trị, phương, chiều hòan tòan... bấy nhiêu đường ra khỏi mặt kín đó Vậy độ lớn của từ thông do các đường cảm ứng đi vào bằng độ lớn từ thông ứng với các đường cảm ứng đi ra nhưng trái dấu cho nên tổng của chúng là bằng không CHƢƠNG 14: I II III IV V VI VII VIII TỪ TRƢỜNG TƢƠNG TÁC TỪ TỪ TRƢỜNG(VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƢỜNG ÐỘ TỪ TRƢỜNG ÐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ TỪ THÔNG ÐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS ÐỊNH LUẬT AMPÈRE 1 Khái niệm về lưu số 2