Tiểu Luận Tương Tác Từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN Chủ đề: TƯƠNG TÁC TỪ GVHD: TS Ngô Thị Phương HVTH: Nguyễn Văn Dung Hoàng Phước Muội TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2015 Lời mở đầu Dạy học vật lý trường THPT không việc giáo viên cung cấp kiến thức có SGK cho học sinh Vai trò học sinh việc học ngày trở nên quan trọng, học sinh không nghe, đón nhận kiến thức từ giáo viên mà phải thực hành, vận dụng kiến thức vào đời sống Tuy nhiên, để học sinh phát huy hết vai trò khả năng, người giáo viên phải dạy khác, làm khác không kiến thức SGK với định luật, công thức khô khan mà phải đưa vào kiến thức vật lý liên quan đến đời sống hàng ngày để học sinh dễ thực hành kích thích hứng thú, tò mò học trò, qua tiết học trở nên sinh động Vật lý gắn với đời sống đề tài mới, thường giáo viên tích hợp giảng phần giới thiệu nhỏ thường nói sơ, không chuyên sâu hay gợi ý để học sinh tự tìm hiểu Việc tìm hiểu sâu vấn đề giúp giáo viên có đường để việc dạy học có hiểu Chúng cố gắng tìm hiểu vấn đề nhỏ “từ trường ứng dụng tàu đệm từ” nhằm mục đích xây dựng dạy vật lý mang tính ứng dụng đời sống kĩ thuật Tiểu luận gồm phần chính: từ trường ứng dụng từ trường Tiểu luận không sâu vào trình bày cấu tạo hay nguyên lý vận hành mà trọng đến diện “từ trường” khái niệm mà muốn truyền đạt cho học sinh, muốn học sinh lĩnh ngộ Chúng chân thành cảm ơn TS Ngô Thị Phương, giảng dạy học phần vật lý đời sống hướng dẫn thực đề tài Tuy có nhiều cố gắng để thực đề tài, tránh thiếu sót, mong quý vị đóng góp Chân thành cảm ơn! Người thực Nguyễn Văn Dung Hoàng Phước Muội Trang Sơ lược từ học Về mặt lịch sử, quan sát tính chất từ quặng Manhêtit (Fe 304) nam châm có lẽ khởi đầu từ khoảng vài ngàn năm trước, người cổ Hi Lạp thấy nam châm có sẵn tự nhiên hút mẩu sắt nhỏ Việc dùng nam châm (như kim la bàn) hàng hải bắt đầu vào Hình 1-Từ trường Trái đất khoảng 1000 năm trước Công nguyên, người Trung Hoa biết hiệu ứng gióng thẳng theo phương Bắc – Nam nam châm sớm nhiều Mặc dù có nguồn gốc xa xưa tượng từ thứ bắt đầu vào năm 1819 với Hans Christian Oersted (1777 – 1851), nhà vật lý người Đan Mạch Ông quan sát thấy dịch chuyển kim nam châm đặt gần sợi dây dẫn có dòng điện chạy qua Vào năm 1820, Jean – Baptiste Biot Félix Savart nghiên cứu tính chất lực “tác dụng lên cực từ” kim nam châm Pierre – Simon de Laplace diễn tả lực công thức mang tên Biot Savart André – Marie Ampere (1775 – 1836), coi người sáng lập điện từ học, từ nghiên cứu rút khái niệm tính chất trường từ tính tạo dòng điện Việc chọn tên nhà vật lý người Pháp cho đơn vị cường độ dòng điện Hệ đơn vị quốc tế thừa nhận công trình điện ông Các thí nghiệm Faraday Anh Joseph Henry (1797 – 1878) Mĩ dẫn tới thống điện từ James Maxwell vào năm 1860 Lí thuyết mô vật liệu từ đời với phát triển lí thuyết lượng tử vật chất lĩnh vực nghiên cứu mạnh mẽ Trong này, thảo luận tương tác từ, tính chất từ trường vài ứng dụng tương tác từ sống Trang 1.Tương tác từ a) Tương tác hai nam châm Từ lâu người ta biết nam châm tương tác với nhau: cực tên hai nam châm đẩy nhau, cực khác tên hút (H.2) Tương tác hai nam châm với gọi tương tác từ Mỗi nam châm có hai cực từ: cực nam (S-South) cực bắc (NNorth) Hai nam châm cực đẩy Hai nam châm khác cực hút Hình 2– Tương tác nam châm với nam châm b) Tác dụng dòng điện lên nam châm Đến đầu kỉ 19, Hans Christian Oersted, nhà vật lí người Đan mạch (1777-1851), phát dòng điện tác dụng lên kim nam châm đặt gần (H.3) Thí nghiệm có ý nghĩa lớn Khi chưa có dòng điện, kim nam châm định hướng theo từ trường Bắc – Nam Trái đất Khi có dòng điện: + Kim nam châm bị tác dụng lực, làm Hình – Tương tác dòng điện lên nam lệch phương khỏi ban đầu + Đổi chiều dòng điện, kim nam châm lệch theo chiều ngược lại châm Thí nghiệm chứng tỏ nam châm tác dụng lên nam châm mà dòng điện có khả tác dụng lên nam châm Điều có nghĩa nam châm (từ) dòng điện (điện) có mối liên quan với c) Tương tác hai dòng điện Trang Ðầu kỷ 19, nhà vật lý Pháp André – Marie Ampere (1775 – 1836) phát rằng: hai dây dẫn mang dòng điện tương tác với Hình 4- Thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song song a- Hai dòng điện ngược chiều đẩy b- Hai dòng điện chiều hút Ta làm lại thí nghiệm hình Khi dòng điện chạy dây dẫn AB CD dây dẫn vị trí đường rời nét Nhưng cho dòng điện chạy qua chúng vị trí đường liền nét hình Điều có nghĩa hay dây dẫn mang dòng điện đặt gần chúng tương tác với (hai dây dẫn mang hai dòng điện ngược chiều đẩy (H4.a), hai dòng điện chiều hai dây dẫn hút (H4.b) Thí nghiệm chứng tỏ: dòng điện tác dụng lên nam châm mà tác dụng lên dòng điện khác Điều lần lại chứng tỏ tượng từ tượng điện có liên quan với Tương tự, 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 Hai cuộn Hình 5- Cực từ vòng dây mang dòng điện dây có dòng điện chạy qua hút hai cực khác tên chúng gần nhau, đẩy Trang hai cực tên gần d) Khái niệm tương tác từ Trước người ta nghĩ tượng điện tượng từ tượng độc lập với nhau, có chất khác hẳn Nhưng sau thí nghiệm Ơcxtet người ta thay đổi quan niệm Hiện vật lí học cho tương tác nam châm với nam châm, nam châm với dòng điện dòng điện với dòng điện có chất Vì tương tác nói gọi chung tương tác từ lực tương tác trường hợp gọi lực từ e) Tương tác điện tương tác từ Hai hạt mang điện gần chúng có tương tác điện có tương tác từ Tương tác từ có chất khác với tương tác điện Tương tác điện xuất có điện tích phụ thuộc vào vị trí, độ lớn điện tích đó, xảy tuân theo định luật tương tác tính điện Coulomb Tương tác từ xuất điện tích chuyển động phụ thuộc vào vị trí, độ lớn điện tích đó, xảy tuân theo định luật Ampère Giữa dòng điện có tương tác từ dòng điện dòng điện tích dịch chuyển Giữa nam châm với dòng điện có tương tác từ nam châm có dòng điện phân tử khép kín mẫu sắt từ tạo Khái niệm từ trường a/ Các dòng điện hay nói xác hạt mang điện chuyển động tương tác với nào? Để giải thích chế tương tác từ, lịch sử vật lý học xuất hai quan điểm khác nhau: − Thuyết tác dụng xa: Thuyết cho tương tác từ truyền cách tức thời dòng điện không cần thông qua môi trường vật chất trung gian Khi có dòng điện môi trường xung quanh biến đổi − Thuyết tác dụng gần: Thuyết cho tương tác từ phải thông qua môi trường vật chất trung gian bao quanh dòng điện Lực tương tác truyền từ phần sang phần khác môi trường với vận tốc hữu hạn (gọi vận tốc truyền tương tác) Khi có dòng điện môi trường xung quanh có biến đổi Theo quan điểm vật biện chứng, cho thấy thuyết tác dụng xa công nhận tồn chuyển động phi vật chất Điều có Vật lý học đại bác bỏ thuyết tác dụng xa công nhận thuyết tác dụng gần Để giải thích chế tương tác từ dòng Trang điện cần phải công nhận thực thể vật lý làm môi trường trung gian truyền tương tác chúng Thực thể vật lý từ trường, dạng vật chất phân bố liên tục, tồn xung quanh dòng điện Từ trường tồn xung quanh dòng điện điện trường luôn gắn liền với điện tích Thông qua từ trường mà lực từ truyền với vận tốc hữu hạn vận tốc ánh sáng chân không Tính chất từ trường tác dụng lực (lực từ) lên dòng điện, lên nam châm, hay nói tổng quát lên hạt mang điện chuyển động Dựa vào tính chất mà người ta nhận biết có mặt từ trường khảo sát đặc trưng Hình 6- Điện từ trường Dựa vào điều vừa nói ta trả lời câu hỏi nêu sau: dòng điện thứ hai đặt từ trường dòng điện thứ từ trường tác dụng lực từ lên dòng điện thứ hai Ngược lại, từ trường dòng điện thứ hai tác dụng lên dòng điện thứ nhất, dòng điện thứ đặt từ trường b/ Khái niệm từ trường Từ trường dạng vật chất tồn xung quanh hạt mang điện chuyển động tác dụng lực từ lên hạt mang điện khác chuyển động Đường sức từ a/ Khái niệm tính chất đường sức từ Một phương pháp mô tả từ trường cách trực quan, cụ thể, phương pháp hình học Phương pháp rút từ quan sát tác dụng từ trường lên nam châm thử Hình 7- Nam châm thử định hướng nam châm thử từ trường Một nam châm thử kim nam châm nhỏ ngắn quay tự xung quanh đường thẳng, chẳng hạn kim nam châm la bàn hay đơn Trang giản kim nam châm nhỏ treo sợi không xoắn Thí nghiệm (H8) Đặt số nam châm thử điểm gần nam châm thẳng ghi lại vị trí định hướng nam châm thử sau nằm cân Thí nghiệm cho biết điểm định, nam châm thử nằm cân định hướng Hình 8- Từ phổ đường sức từ nam châm châm thẳng Từ nhận xét ta thấy từ trường ta vẽ đường cong cho điểm đường cong trục nam châm thử cân tiếp tuyến với đường cong ấy, đồng thời định hướng nam châm thử theo trật tự định (H9) Hình 9- Đường sức từ Các đường cong vẽ có chiều xác định Ta quy ước chiều đường cong vẽ chiều từ cực nam sang cực bắc nam châm thử đặt cân điểm đường cong Ta gọi đường cong vẽ vừa nói đường sức từ Vậy ta hiểu đường sức từ đường cong mà tiếp tuyến với điểm trùng vời trục nam châm thử Đường sức từ có tính chất sau đây: − Các đường sức đường cong kín − Đối với từ trường nam châm đường sức từ bao giở từ cực bắc vào cực nam nam châm Trang − Tại điểm từ trường ta vẽ đường sức từ qua điểm − Các đường sức từ không cắt − Nơi cảm ứng từ lớn đường sức từ vẽ mau (dày hơn), nơi cảm ứng từ nhỏ đường sức từ vẽ thưa Trang b Từ phổ Hình 10- Từ phổ nam châm chữ U Rắc mạt sắt lên bìa cứng đặt bìa nam châm gõ nhẹ bìa ta thấy mạt sắt tự xếp lại thành đoạn đường cong xác định Hình ảnh tạo mạt sắt gọi từ phổ từ trường xét Các “đường cong mạt sắt” cho ta hình ảnh đường sức từ Dựa vào từ phổ thu ta biết gần dạng phân bố đường sức từ từ trường Hình 10 từ phổ nam châm hình móng ngựa Trong trường hợp từ trường đường sức từ đường thẳng song song cách Tàu đệm từ (Magnetically Levitated train) Cuộc cách mạng khoa học kĩHình thuật11-Tàu lần thứ đệmnhất từ với thành tựu cho đời động nước, kéo theo xuất phương tiện giao thông mới, tàu hỏa Tàu hỏa giúp cho việc vận chuyển người hàng hóa trở nên nhanh chóng Mới đầu, tàu hỏa chuyển động với vận tốc thấp, theo thời gian tốc độ xe hỏa cải thiện, lên tới 200 km/h Tuy nhiên, tương lai không xa, tàu hỏa phải nhường cho cho phương tiện tân tiến Trang 10 THẤU KÍNH HỘI TỤ VÀ MÁY ẢNH Trong sống ngày, máy ảnh giúp ta lưu lại khoảnh khắc đáng nhớ lúc nơi Mọi người biết: máy ảnh dụng cụ dùng để thu ảnh thật (nhỏ vật) vật cần chụp lên phim ảnh có tìm hiểu biết rõ thiết bị mặt cấu tạo nguyên lý hoạt động máy ảnh Trong cung cấp cho kiến thức máy ảnh Hiện nay, thị trường có nhiều loại máy ảnh từ phổ thông đến cao cấp với nhiều hãng sản xuất khác nhau, tất gồm phận chính: Vật kính (ống kính), buồng tối phim (đối với máy ảnh hệ phim thay phận cảm biến hình ảnh) Trong phận máy ảnh vật kính phận quan trọng Vật kính thấu kính hội tụ (hoặc hệ thấu kính có độ tụ tương đương) Ở máy ảnh thông thường, vật kính có tiêu cự vào khoảng trên, mười centimét Vật kính lắp thành trước buồng tối, phim lắp sát thành đối diện, bên buồng tối ( hình 1) Phim Vật kính Buồng tối Hình Máy ảnh phận máy ảnh Câu hỏi đặt • • • • Thấu kính gì? Có loại thấu kính nào? Một thấu kính bao gồm yếu tố nào? Tại người ta sử dụng thấu kính hội tụ làm vật kính mà không sử dụng thấu kính phân kì? Tại máy ảnh ghi lại hình ảnh muốn? Muốn chụp ảnh rõ nét, cần điều kiện gì? Để trả lời câu hỏi trên, ta tìm hiểu phần sau Thấu kính mỏng Thấu kính khối chất suốt (thủy tinh, nhựa…) giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẳng Và chương trình phổ thông, xét thấu kính mỏng mặt cầu Dựa vào hình dạng thấu kính, người ta chia thấu kính thành hai loại: thấu kính lồi (hay thấu kính rìa mỏng) (hình 2a) thấu kính lõm (hay thấu kính rìa dày) (hình 2b) Khi ta chiếu chùm ánh sáng tới song song qua thấu kính lồi cho chùm tia ló hội tụ (hình 3a) Do đó, thấu kính lồi gọi thấu kính hội tụ Tương tự thấu kính lõm, chiếu chùm tia tới song song vào thấu kính lúc ta thu chùm tia ló phân kì (hình 3b), thấu kính gọi thấu kính phân kì Trang 25 Hình 2a Hình 2b Hình 2a Thấu kính hội tụ (thấu kính lồi) kí hiệu Hình 2b Thấu kính phân kì ( thấu kính lõm) kí hiệu Hình 3a Hình 3b Đến đây, trả lời câu hỏi: Tại sao, vật kính máy ảnh thấu kính hội tụ? Giả sử, ta cần chụp ảnh nến đặt trước máy ảnh Nếu vật kính vật kính thấu kính phân kỳ ánh sáng từ nến chiếu bị loe lên phận cảm biến hình ảnh, ta không thu ảnh (hình 4a) Còn sử dụng vật kính thấu kính hội tụ, đặt nến cảm biến, ánh sáng hội tụ điểm bề mặt cảm biến, cho ảnh thật ngược chiều với nến (hình 4b) Ảnh ta thu gọi ảnh thật Vậy nhờ có thấu kính hội tụ mà máy ảnhghi hình ảnh phim Hình Trong này, sâu tìm hiểu thấu kính hội tụ: yếu tố thấu kính, tạo ảnh qua thấu kính công thức thấu kính Thấu kính hội tụ số khái niệm liên quan Trang 26 Hình Thấu kính hội tụ yếu tố thấu kính Trong phần này, nhắc lại số khái niệm liên quan đến thấu kính mà học cấp THCS quang tâm O, tiêu điểm ảnh F’, tiêu điểm vật F, trục chính… a Quang tâm, trục chính, trục phụ thấu kính Đầu tiên tiến hành thí nghiệm nhỏ sau để xác định quang tâm thấu kính: chiếu tia sáng đơn sắc vào vị trí khác thấu kính hội tụ, ta thấy có điểm thấu kính mà cho ánh sáng truyền thắng qua thấu kính Điểm gọi quang tâm thấu kính, kí hiệu O (hình 5) Đường thẳng qua O vuông góc với thấu kính gọi trục thấu kính (hình 5) Các đường thẳng khác qua O gọi trục phụ (hình 5) Từ thí nghiệm, ta rút tính chất quang tâm: Một tia sáng qua quang tâm truyền thẳng b Tiêu điểm ảnh tiêu điểm vật thấu kính Đối với thấu kính khác nhau, ta xác định cặp điểm F F’ khác trục (hình 5), hai điểm có đặc biệt? Khi chiếu chùm tia tới song song qua thấu kính hội tụ ta thu chùm tia ló hội tụ điểm Điểm nằm trục gọi tiêu điểm ảnh chính, kí hiệu F’; nằm trục phụ gọi tiêu điểm ảnh phụ, kí hiệu F’n (n=1,2,3…) Ngoài ra, trục thấu kính điểm đặc biệt nữa, chùm tia tới từ điểm cho chùm tia ló song song, điểm gọi tiêu điểm vật thấu kính Tương tự tiêu điểm ảnh ta có tiêu điểm vật ( kí hiệu F) tiêu điểm vật phụ ( kí hiệu Fn) Tiêu điểm ảnh F’ tiêu điểm vật F trục đối xứng với qua quang tâm thấu kính Tập hợp tất tiêu điểm ảnh gọi tiêu diện ảnh, tập hợp tất tiêu điểm vật gọi tiêu diện vật (hình 5)  c Tính chất cần nhớ Tia tới qua tiêu điểm vật thấu kính hội tụ tia ló song song với trục thấu kính Tia tới song song với trục thấu kính hội tụ tia ló qua tiêu điểm ảnh thấu kính Tiêu cự độ tụ thấu kính Khoảng cách từ thấu kính đến tiêu điểm ảnh gọi tiêu cự thấu kính Trang 27 f = OF ' Quy ước thấu kính hội tụ f > 0, ứng với tiêu điểm F’ nằm phía sau thấu kính Ngoài ra, đời sống ngày, để tìm hiểu thấu kính mỏng đó, người ta thường hỏi: “Thấu kính điốp (độ)?” Vậy điôp gì? Điôp đơn vị đo độ tụ thấu kính, đại lượng đặc trưng cho khả làm hội tụ chùm tia nhiều hay thấu kính tính công thức: D= ; f đó: D tính điôp (dp), f tính mét (m) d Đường kính độ thấu kính Đối với thấu kính, yếu tố quan trọng giá trị đường kính độ (đường kính mở) khoảng cách hai mép thấu kính kí hiệu (hình 5) Đường kính độ lớn tia sáng lọt qua thấu kính lớn Nhưng thấu kính cho ảnh rõ nét tia sáng tới thấu kính phải lập góc nhỏ với trục chính, điều kiện này, ứng với điểm vật có điểm ảnh nên vật cho ảnh rõ nét Đó điều kiện tương ảnh Để thực điều này, ta cần phải giới hạn chùm tia tới thấu kính bìa chắn sáng, có đục lỗ thủng tròn, đặt trước thấu kính Trong trường hợp đường kính độ đường kính lỗ tròn Khi bạn quan sát máy ảnh, ống kính máy ảnh thông số tiêu cự vật kính có thông số liên quan đến đường kính độ vật kính - giá trị độ tối đa ống kính, giá trị tính tỉ số tiêu cự thấu kính với đường kính độ thấu kính Điều chỉnh độ tức điều chỉnh đường kính độ vật kính Để thu ảnh rõ nét đòi hỏi người thợ phải canh chỉnh độ tiêu cự thấu kính cho phù hợp Hình Ống kính máy ảnh; thông số 50mm tiêu cự ống kính; thông số 1:18 độ tối đa ống kính Sự tạo ảnh thấu kính công thức thấu kính a Cách dựng ảnh tạo thấu kính hội tụ Để dựng ảnh vật điểm ta cần vẽ hai ba tia: Trang 28 • Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm ảnh F’ • Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật F, tia ló tương ứng song song với trục • Tia tới qua tâm O truyền thẳng Ảnh điểm giao điểm hai ba tia ló đặc biệt Hình Ảnh điểm B’ vật điểm B qua thấu kính hội tụ Mở rộng: cách dựng ảnh vật qua thấu kính hôi tụ: Hinh Ảnh A’B’ vật AB qua thấu kính hội tụ Ngoài ra, tia tới ta có cách vẽ tia ló sau: - Vẽ trục phụ song song với tia tới SI - Vẽ tiêu diện ảnh, cắt trục phụ nói tiêu diện phụ F’1 - Từ I vẽ tia ló qua F’1 Hình Tia ló tia tới qua thấu kính hội tụ b Công thức xác định vị trí ảnh trường hợp ảnh tạo thấu kính Vấn đề đặt tất ảnh tạo thấu kính hội tụ có giống kích thước, vị trí, tính chất không? Trang 29 Trên thực tế, ánh sáng từ cảnh vật mà ta chụp qua thấu kính máy ảnh tạo ảnh thật bề mặt nhạy sáng (phim cảm biến ảnh) Tuy nhiên, lúc thu ảnh thực rõ nét Ta có hình ảnh sắc nét cảm biến khoảng cách thấu kính cảm biến thích hợp Nếu cảm biến đặt gần thấu kính tia sáng từ điểm vật sau qua thấu kính hội tụ Nếu cảm biến xa thấu kính ánh sáng hội tụ điểm bắt đầu loe rộng lần trước tới cảm biến ảnh Trong hai trường hợp này, hình ảnh cảm biến mờ Hình 10: Ta thu ảnh rõ nét cảm biến ảnh nằm vị trí tia tới hội tụ Ngoài ra, thay đổi khoảng cách nến thấu kính để có ảnh rõ nét, ta phải thay đổi khoảng cách thấu kính cảm biến hình ảnh Khi nến xa thấu kính, tất tia ánh sáng từ điểm đến thấu kính gần song song với Sau qua thấu kính, chúng hội tụ với điểm gần thấu kính hình ảnh ta thu cảm biến nhỏ nhiều so với vật Hình 11: Ảnh nến nằm xa thấu kình ảnh thực, nằm gần thấu kính nhỏ vật Khi nến gần thấu kính hội tụ điểm xa thấu kính hình ảnh cảm biến Tuy nhiên, nến gần vào ống kính, ảnh thực Hình 12: Ảnh nến nằm gần thấu kình ảnh thực, nằm gần thấu kính nhỏ vật Trang 30 Như vậy, khoảng cách từ vật tới thấu kính, khoảng cách từ ảnh tới thấu kính tiêu cự thấu kính có mối liên hệ với nhau? Mối liên hệ thể phương trình thấu kính: Trong đó: d khoảng cách vật (là khoảng cách tù vật đến thấu kính) d’ khoảng cách ảnh (khoảng cách ảnh thấu kính) Theo phương trình này, vật xa khoảng cách ảnh chiều dài tiêu cự thấu kính Khi vật gần thấu kính khoảng cách ảnh lớn nhiều so với chiều dài tiêu cự Khi khoảng cách vật nhỏ độ dài tiêu cự khoảng cách ảnh mang giá trị âm trường hợp này, dạng ảnh thực Bằng cách thay đổi vị trí vật, ta có thề dựng ảnh tương ứng rút đặc điểm sau: Tính chất ( thật, ảo) Độ lớn (so với vật) • Ảnh thật: vật nằm OF • Ảnh ảo: vật nằm OF • Ảnh ảo > vật > vật: vật nằm FI Ảnh thật: = vật: vật nằm I (ảnh I’) • < vật: vật nằm FI Chiều (so với vật) • • Vật ảnh chiều ↔ trái tính chất Vật ảnh tính chất ↔ trái chiều Trang 31 Từ hiểu biết trên, chúng rút số kĩ thuật chụp ảnh để thu hình ảnh rõ nét * Cách điều chỉnh máy: Ảnh tạo thấu kính máy ảnh ảnh thực nhỏ vật Để cho ảnh vật cần chụp rõ nét phim người ta thay đổi khoảng cách từ vật kính đến phim, cách đưa vật kính xa lại gần phim Để nhận biết xem ảnh phim rõ nét hay chưa, người ta dùng kính ngắm, có gắn sẵn máy Ngoài ra, tùy theo ánh sáng mạnh hay yếu mà người ta phải chọn cách thích hợp thời gian chụp độ mở lỗ tròn chắn Tóm tắt nội dung trọng tâm Định nghĩa thấu kính: Thấu kính khối chất suốt (thủy tinh, nhựa…) giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẳng Phân loại thấu kính: thấu kính hội tụ thấu kính phân kì Các yếu tố thấu kính: quang tâm O, trục chính, trục phụ, tiêu điểm ảnh, tiêu điểm vật, tiêu diện ảnh, tiêu diện vật, đường kính độ thấu kính Đường truyền ba tia sáng đặc biệt, cách dựng ảnh vật qua thấu kính Công thức thấu kính Trang 32 Trong đó: f tiêu cự thấu kính; d khoảng cách vật (là khoảng cách tù vật đến thấu kính); d’ khoảng cách ảnh (khoảng cách ảnh thấu kính) Trang 33 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH PHÒNG SAU ĐẠI HỌC NGÀNH LL VÀ PP DH BM VẬT LÝ TIỂU LUẬN VẬT LÝ VÀ ĐỜI SỐNG BÀI GIẢNG TIA X VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG GVHD: TS Ngô Thị Phương HVTH: Nguyễn Văn Nguyên Trịnh Nguyễn Hữu Dũng TP.HCM, 06/2015 Trang 34 I Mục tiêu: • Nêu cách tạo, tính chất chất tia X • Nêu số ứng dụng quan trọng tia X • Thấy rộng lớn phổ sóng điện từ, thấy cần thiết phải chia phổ thành miền, theo kĩ thuật sử dụng để nghiên cứu ứng dụng sóng điện từ miền II Một số ứng dụng tia X: • Dùng để chụp điện, chiếu điện • Dùng để dò tìm vết nứt bên sản phẩm đúc • Dùng kiểm tra hành lý sân bay • Dùng để diệt khuẩn • Dùng điều trị ung thư nông, gần da • Dùng để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể Chụp X-quang Xạ trị Dò vết nứt Kiểm tra hành khách III Kiến thức vật lý liên quan Bản chất tia X: Trang 35 Tia X xạ điện từ mà mắt không nhìn thấy có bước sóng ngắn bước sóng tia tử ngoại lớn bước sóng tia gamma Bước sóng tia X có giá trị từ 10 11 m đến 10- 8m (tức từ 0,01 nm đến khoảng vài nm) • Những tia X có bước sóng từ 0,01 nm đến 0,1 nm có tính đâm xuyên mạnh nên gọi tia X cứng • Những tia X có bước sóng từ 0,1 nm đến khoảng vài nm có tính đâm xuyên yếu gọi tia X mềm Cách tạo tia X: Ngày trước, người ta tạo tia X ống Roentgen, sau người ta dùng ống Coolidge 2.1 Ống Roentgen: a) Cấu tạo: Ống Roentgen bình cầu (chứa khí áp suất - gọi khí kém) bên có điện cực: thấp • Catốt: có dạng chõm cầu có tác dụng làm electron bật tập trung tâm bình cầu • Anốt: điện cực dương phía đối diện với thành bình bên catốt • Đối catốt: điện cực (thường nối anốt) Ở bề mặt đối catốt kim loại nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy với có Ống Roentgen b) Hoạt động: Đặt vào anốt catốt hiệu điện không đổi (khoảng vài chục kV) electron bứt từ catốt tăng tốc mạnh Khi đập vào đối âm cực, electron bị đột ngột hãm lại làm phát tia X Người ta gọi tia X xạ hãm 2.2 Ống Coolidge a) Cấu tạo: Ban đầu, ống Cooligde có dạng bình hình cầu bên chân không có điện cực: • Catốt chõm cầu có tác dụng làm tập trung electron phía tâm bình cầu Trang 36 • Một dây tim để nung nóng catốt (để catốt phát electron) cấp điện nhờ nguồn điện riêng • Anốt điện cực dương Bề mặt anốt lớp kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy Để giải nhiệt cho anốt người ta cho dòng nước chảy luồn bên anốt nhờ ống nhỏ Ống Coolidge b) Hoạt động: Khi đặt hiệu điện xoay chiều vào hai cực ống Coolidge electron tăng tốc mạnh đến đập vào anốt, xuyên sâu vào lớp vỏ nguyên tử chất làm anốt, tương tác với lớp electron lớp làm phát tia X Hiệu điện hai cực ống Coolidge từ vài chục kV đến khoảng 120 kV Hiện người ta chế tạo loại ống tia X có hình dạng khác dù nguyên tắc giống ống Coolidge lúc đầu Tính chất tia X • Tia X có tính đâm xuyên mạnh • Có tác dụng lên kính ảnh (làm đen kính ảnh dùng để chụp X quang) • Làm phát quang số chất • Làm ion hóa không khí • Có tác dụng sinh lý, hủy diệt tế bào IV Máy chụp X quang - Ứng dụng tia X y tế Nguyên lý hoạt động Chùm tia X sau truyền qua vùng thăm khám thể suy giảm bị hấp thụ cấu trúc Sự suy giảm phụ thuộc vào độ dày, mật độ cấu trúc mà qua Cuối cùng, chùm tia tác dụng với phận thu nhận (film, detector, chiếu…) xử lý hình ảnh kết Bộ phận thu nhận xử lý hình ảnh điểm khác biệt lớn hệ máy X quang Trang 37 Bóng phát tia X Cấu tạo bóng X quang Bóng phát tia X linh kiện thiết yếu máy X quang, làm việc dựa nguyên lý biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác Nguyên tắc hoạt động ống Coolidge Trang 38 Phân loại máy X quang • Theo cấu trúc: X quang cố định, X quang di động, X quang xách tay • Theo công nghệ xử lý ảnh: X quang cổ điển (dùng film), X quang chiếu (màn chiếu), X quang kỹ thuật số gián tiếp (CR), X quang kỹ thuật số trực tiếp (DR) • Theo chức năng: X quang thường quy, X quang răng, X quang vú, X quang can thiệp Quá trình chụp X quang hệ máy chụp X quang Vấn đề an toàn chụp X quang Do tia X xạ nên làm tổn thương tế bào, tổn thương thứ cấp, tổn thương phôi bào, tổn thương di truyền gây bệnh ung thư, Các biện pháp để giảm liều lượng tia X:      Chỉ định chiếu, chụp X quang chặt chẽ, xác Thu nhỏ diện tích phát xạ đến mức tối thiểu cần thiết Giảm liều chiếu xạ theo thời gian không gian Không chụp ảnh nhiều lần khoảng thời gian định Che chắn phương tiện bảo vệ phận không cần thiết (bảo vệ chì, cao su chì)  Giữ khoảng cách (tiêu điểm-film) theo quy định  Phòng đặt máy phải đủ tiêu chuẩn an toàn xạ  Phòng đợi bệnh nhân phải khu vực nhiễm xạ Trang 39