Từ trường và một số ứng dụng

Vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học quan trọng. Sự phát triển của khoa học Vật lí gắn bó chặt chẽ và tác động qua lại, trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật. Vì vậy, những hiểu biết và nhận thức Vật lí có giá trị lớn trong đời sống và trong sản xuất, đặc biệt là trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước ngày nay. Từ thời cổ đại, người ta đã biết đến và nghiên cứu các hiện tượng từ. Con người có thể ứng dụng nó vào vô số lĩnh vực như: Sản xuất nông nghiệp 12, y tế 9 10, khoa học 7 8, kỹ thuật công nghệ 8, ....Từ trường nhân tạo được ứng dụng để kích thích sự sinh trưởng và phát triển của một số giống cây trồng trong giai đoạn nuôi cấy mô và giai đoạn vườn ươm 12. Từ trường được ứng dụng vào y tế để chống viêm, giảm phù nề, giảm đau, tăng tuần hoàn ngoại vi và điều chỉnh áp lực động mạch, điều hòa hoạt động thần kinh thực vật, hạn chế kết dính tiểu cầu, kích thích miễn dịch không đặc hiệu, tân tạo vi mạch, tái tạo tổ chức, phát triển can xi, hạn chế thưa xương, giảm độ nhớt máu 9. Ngoài ra, từ trường xoáy tạo ra dòng điện, điện năng là nguồn năng lượng không thể thiếu trong sinh hoạt và cuộc sống hàng ngày của con người. Từ các nhà máy, xí nghiệp, văn phòng đều cần có điện để chiếu sáng, nấu nướng, giải trí, phục vụ sinh hoạt 6. Có thể nói, từ trường là một tài nguyên quan trọng cho đời sống con người, cho khoa học và cho kỹ thuật công nghệ. Từ trường là một trong những nội dung lớn, có vị trí và vai trò quan trọng trong chương trình Vật lí phổ thông. Vì vậy, việc nghiên cứu kiến thức và ứng dụng của phần này là việc làm rất cần thiết. Theo các giáo trình điện từ học bậc đại học, cao đẳng 1 2 3 đã trình bày khá đầy đủ cơ sở lý thuyết về từ trường, tuy nhiên việc đề cập đến các ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng hiện đại vẫn chưa nhiều. Trong giáo trình 2 đưa ra ứng dụng của từ trường trong các máy gia tốc Xiclôtrôn và Xanhcrôtrôn cho prôtôn đã được phát minh cách đây gần 40 năm. Vì vậy, các ứng dụng này thiếu tính thời đại, chưa cập nhật được sự phát triển của khoa học ngày nay. Nghiên cứu về ứng dụng của từ trường đã có một số tác giả như: Phạm Văn Bảo với luận văn Vật dẫn trong điện trường và ứng dụng 6 đã đưa ra một số kiến thức lý thuyết và các ứng dụng của từ trường dưới dạng các bài tập định lượng. Tác giả Nguyễn Quốc Tài với bài viết Từ trường chuyển động, hiện tượng cảm ứng từ nhiệt, đệm từ trường gửi đến Thư Viện Vật Lý 6 chỉ đưa ra ứng dụng của từ trường của nam châm vĩnh cửu và lý giải các hiện tượng trong tự nhiên và vũ trụ, nguyên nhân đã đưa đến sự hấp dẫn giữa các thiên thể trong vũ trụ, do sự phát hiện ra năng lực to lớn của từ trường. Tác giả Nguyễn Thị Lan 4 mới chỉ tìm hiểu sâu lý thuyết về ứng dụng của dòng điện do từ trường xoáy tạo ra. Do đó, tôi nhận thấy rằng các vấn đề về từ trường và các ứng dụng của nó là các vấn đề tiềm năng có thể khai thác, đi sâu tìm hiểu. Là một nhà giáo dục, người giáo viên trong tương lai, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy sau này, bản thân tôi cần có hiểu biết sâu rộng hơn về kiến thức, phát triển hơn nữa năng lực giải thích cơ chế Vật lí của các ứng dụng, đồng thời giải thích được nhiều hơn, cụ thể hơn các hiện tượng thực tế liên quan đến từ trường. Bên cạnh đó, việc thực hiện khóa luận sẽ tạo cơ hội thuận lợi cho việc phát triển thêm ở bản thân tôi kĩ năng nghiên cứu tài liệu, trau dồi kiến thức chuyên môn của phần từ trường đồng thời tạo tài liệu tham khảo hữu ích cho những bạn đọc là học sinh, sinh viên muốn tìm hiểu sâu hơn kiến thức về từ trường và các ứng dụng của nó. Xuất phát từ những lí do trên cùng với mong muốn tổng hợp kiến thức chuyên sâu và ứng dụng của phần từ trường một cách có hệ thống, phát triển bản thân và góp phần giúp cho những học sinh, sinh viên, cũng như quý độc giả quan tâm đến nội dung khóa luận có thể tiếp cận, hiểu sâu hơn về từ trường, tôi xin chọn khóa luận với tên đề tài: Từ trường và một số ứng dụng.

1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG .v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG 1.1 Các khái niệm từ trường 1.1.1 Khái niệm từ trường .8 1.1.2 Đường cảm ứng từ 1.1.3 Vectơ cảm ứng từ 11 1.1.4 Vectơ cường độ từ trường 12 1.1.5 Từ thông .12 1.2 Các nguyên lí, định luật, định lí .13 1.2.1 Nguyên lí chồng chất từ trường 13 1.2.2 Định luật Biot - Savart .14 1.2.3 Định lí Gauss từ trường 15 1.2.4 Định lí Ampère lưu số vectơ cảm ứng từ 16 1.3 Từ trường dòng điện .19 1.3.1 Từ trường dòng điện chạy dây dẫn có hình dạng đặc biệt .19 1.3.2 Tương tác từ dòng điện, lực tương tác hai phần tử dòng điện 24 1.4 Từ trường điện tích chuyển động 27 1.4.1 Từ trường điện tích chuyển động .27 1.4.2 Lực Lorentz 27 1.4.3 Chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường 28 1.4.4 Hiệu ứng Hall 30 1.5 Từ tính chất Từ trường vật chất .32 1.5.1 Sự từ hóa chất 32 1.5.2 Giả thuyết Ampère Bản chất dòng điện phân tử Hiệu ứng nghịch từ 33 1.5.3 Giải thích từ hóa chất thuận từ nghịch từ .36 1.5.4 Vectơ độ từ hóa Từ trường tổng hợp vật chất .43 1.5.5 Sắt từ 45 TIỂU KẾT CHƯƠNG I 55 CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG 56 2.1 Các loại máy gia tốc hạt .56 2.1.1 Máy gia tốc Xiclôtrôn 56 2.1.2 Máy gia tốc Xanhcrôtrôn cho prôtôn 60 2.2 Ứng dụng từ trường lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp .64 2.2.1 Ứng dụng từ trường nhân tạo để kích thích sinh trưởng phát triển số giống trồng giai đoạn nuôi cấy mô vườn ươm 64 2.2.2 Nước từ tính (ferrofluid) Nguồn nước tưới đầy tiềm 65 2.2.3 Loại bỏ cỏ dại cánh đồng nhờ vào nam châm lọc sắt 67 2.2.4 Nam châm giúp bò giảm chứng viêm màng ruột .68 2.3 Ứng dụng từ trường y tế .70 2.3.1 Ứng dụng nam châm vào chữa ung thư 70 2.3.2 Từ trường làm giảm nguy mắc bệnh tim .72 2.4 Giải thích tượng từ trường chương trình vật lí THPT 74 2.4.1 Từ trường Trái Đất .74 2.4.2 Bão từ 77 2.4.3 Khối phổ kế 83 TIỂU KẾT CHƯƠNG II .86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt GV HS SGK THPT Viết hoàn chỉnh Giáo viên Học sinh Sách giáo khoa Trung học phổ thông DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Ảnh hưởng từ trường trồng 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hình 1.1 Tên hình Đường sức từ trường nam châm Trang Hình 1.2 thẳng Đường cảm ứng từ dòng điện thẳng, Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 dòng điện tròn ống dây điện Từ phổ nam châm thẳng Chứng minh định lí Gauss Đường cong C khơng phẳng Đường cong C khơng bao dòng điện uur Hướng vectơ p m Tương tác từ hai nam châm Tương tác từ nam châm dòng điện Hiệu ứng Hall Sự phụ thuộc độ từ hóa vào từ trường H Đường cong từ hóa sắt Chu trình từ trễ Sơ đồ cách xếp độ từ hóa đô men 10 15 17 17 22 24 25 31 45 46 46 52 đô men từ tổng hợp mẫu chất khơng đối Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 với mẫu đa tinh thể Cấu trúc vách Bloch Sơ đồ minh họa q trình từ hóa Máy gia tốc Xiclôtrôn KOTRON13 Bên Xiclơtrơn Ngun lí máy gia tốc Xiclơtrơn Ngun lí máy Xanhcrôtrôn Quang cảnh dọc theo đường hầm 52 53 57 58 58 61 62 Hình 2.6 Hình 2.7 Xanhcrơtrơn gia tốc prơtơn Fermilab Fermilab nhìn từ khơng Ứng dụng từ trường nhân tạo để kích thích sinh 63 64 trưởng phát triển số giống trồng Hình 2.8 giai đoạn ni cấy mơ giai đoạn vườn ươm Nước từ tính phù hợp cho hệ thống trồng thủy 66 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 canh Xử lý nước với cặp nam châm Ứng dụng nam châm diệt trừ cỏ dại Bò sữa trang trại Miếng nam châm có kích cỡ ngón tay út 67 68 69 69 Hình 2.13 Có thể dùng từ trường để khiến cho tế bào ung 71 Hình 2.14 thư tự hủy Các tế bào hồng cầu chuyển động 72 Hình 2.15 mạch máu Sau tác dụng từ trường mạnh 1,33 T, 73 tế bào hồng cầu tập trung lại tạo chuỗi Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 dài Từ trường Trái Đất Hiện tượng cực quang Sự tương tác phần tử Mặt Trời với 75 77 79 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 từ Trái Đất Từ môi trường xung quanh Trái Đất Vệ tinh Solar B Bộ phân tích tứ cực Bộ phân tích lượng cong 79 83 84 85 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài khóa luận: Vật lí sở nhiều ngành khoa học quan trọng Sự phát triển khoa học Vật lí gắn bó chặt chẽ tác động qua lại, trực tiếp với tiến khoa học kĩ thuật Vì vậy, hiểu biết nhận thức Vật lí có giá trị lớn đời sống sản xuất, đặc biệt cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước ngày Từ thời cổ đại, người ta biết đến nghiên cứu tượng từ Con người ứng dụng vào vô số lĩnh vực như: Sản xuất nông nghiệp [12], y tế [9] [10], khoa học [7] [8], kỹ thuật - công nghệ [8], Từ trường nhân tạo ứng dụng để kích thích sinh trưởng phát triển số giống trồng giai đoạn nuôi cấy mô giai đoạn vườn ươm [12] Từ trường ứng dụng vào y tế để chống viêm, giảm phù nề, giảm đau, tăng tuần hoàn ngoại vi điều chỉnh áp lực động mạch, điều hòa hoạt động thần kinh thực vật, hạn chế kết dính tiểu cầu, kích thích miễn dịch khơng đặc hiệu, tân tạo vi mạch, tái tạo tổ chức, phát triển can xi, hạn chế thưa xương, giảm độ nhớt máu [9] Ngoài ra, từ trường xốy tạo dòng điện, điện nguồn lượng thiếu sinh hoạt sống hàng ngày người Từ nhà máy, xí nghiệp, văn phòng cần có điện để chiếu sáng, nấu nướng, giải trí, phục vụ sinh hoạt [6] Có thể nói, từ trường tài nguyên quan trọng cho đời sống người, cho khoa học cho kỹ thuật - công nghệ Từ trường nội dung lớn, có vị trí vai trò quan trọng chương trình Vật lí phổ thơng Vì vậy, việc nghiên cứu kiến thức ứng dụng phần việc làm cần thiết Theo giáo trình điện từ học bậc đại học, cao đẳng [1] [2] [3] trình bày đầy đủ sở lý thuyết từ trường, nhiên việc đề cập đến ứng dụng, đặc biệt ứng dụng đại chưa nhiều Trong giáo trình [2] đưa ứng dụng từ trường máy gia tốc Xiclôtrôn Xanhcrôtrôn cho prôtôn phát minh cách gần 40 năm Vì vậy, ứng dụng thiếu tính thời đại, chưa cập nhật phát triển khoa học ngày Nghiên cứu ứng dụng từ trường có số tác giả như: Phạm Văn Bảo với luận văn Vật dẫn điện trường ứng dụng [6] đưa số kiến thức lý thuyết ứng dụng từ trường dạng tập định lượng Tác giả Nguyễn Quốc Tài với viết Từ trường chuyển động, tượng cảm ứng từ - nhiệt, đệm từ trường gửi đến Thư Viện Vật Lý [6] đưa ứng dụng từ trường nam châm vĩnh cửu lý giải tượng tự nhiên vũ trụ, nguyên nhân đưa đến hấp dẫn thiên thể vũ trụ, phát lực to lớn từ trường Tác giả Nguyễn Thị Lan [4] tìm hiểu sâu lý thuyết ứng dụng dòng điện từ trường xốy tạo Do đó, tơi nhận thấy vấn đề từ trường ứng dụng vấn đề tiềm khai thác, sâu tìm hiểu Là nhà giáo dục, người giáo viên tương lai, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy sau này, thân tơi cần có hiểu biết sâu rộng kiến thức, phát triển lực giải thích chế Vật lí ứng dụng, đồng thời giải thích nhiều hơn, cụ thể tượng thực tế liên quan đến từ trường Bên cạnh đó, việc thực khóa luận tạo hội thuận lợi cho việc phát triển thêm thân kĩ nghiên cứu tài liệu, trau dồi kiến thức chuyên môn phần từ trường đồng thời tạo tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn đọc học sinh, sinh viên muốn tìm hiểu sâu kiến thức từ trường ứng dụng Xuất phát từ lí với mong muốn tổng hợp kiến thức chuyên sâu ứng dụng phần từ trường cách có hệ thống, phát triển thân góp phần giúp cho học sinh, sinh viên, quý độc giả quan tâm đến nội dung khóa luận tiếp cận, hiểu sâu từ trường, tơi xin chọn khóa luận với tên đề tài: Từ trường số ứng dụng Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu đặc trưng từ trường, tính chất quan trọng từ trường, từ giải thích ứng dụng từ trường khoa học sống Nhiệm vụ nghiên cứu: - Thu thập, nghiên cứu tài liệu để viết đề cương hệ thống hóa phần kiến thức liên quan đến đề tài - Tìm hiểu ứng dụng từ trường đời sống khoa học - Vận dụng kiến thức từ trường để giải thích chế Vật lí ứng dụng khoa học sống Phương pháp nghiên cứu: 4.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận: - Tìm hiểu tài liệu, SGK, sách giáo trình, loại sách tham khảo có liên quan đến nội dung khóa luận 4.2 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: - Từ trình học tập chương từ trường thân bậc đại học, học hỏi kinh nghiệm anh chị khóa tham khảo kinh nghiệm giảng viên hướng dẫn thực khóa luận, giảng viên môn GV phổ thông, tổng kết kinh nghiệm quý báu cho thân 4.3 Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia: - Lấy ý kiến giảng viên trực tiếp hướng dẫn, giảng viên khác GV THPT để hoàn thiện mặt nội dung hình thức khóa luận Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 5.1 Đối tượng nghiên cứu: - Các đặc trưng, tính chất từ trường 5.2 Phạm vi nghiên cứu: - Các ứng dụng từ trường khoa học sống 78 nguội lại chìm xuống phía Đồng thời chảy theo đường xoắn ốc Trái Đất quay Sự chuyển động sắt có khả dẫn điện làm xuất nguồn điện, tương tự máy phát điện khổng lồ Và có dòng điện chảy xuất từ trường Hình dạng từ trường giống từ trường thỏi nam châm (hình 2.16) Từ trường từ bán cầu nam vào phía bán cầu bắc Trái Đất Hai nơi gọi cực từ Nó khơng trùng với cực nam cực bắc địa lý mà cách vài trăm số Từ trường vươn vũ trụ 60.000 km Nó tạo thành vỏ bảo vệ xung quanh Trái Đất Sự bảo vệ cần thiết Mặt Trời khơng ngừng phát hạt tích điện, gọi gió Mặt Trời Từ trường cản gió Mặt Trời dẫn vòng qua Trái Đất Từ trường bị biến dạng gió Mặt Trời, hướng phía Mặt Trời bị nén lại, hướng xuất dài, vươn vào vũ trụ đến 250.000 km Tại từ trường Trái Đất lại giảm? Nguyên nhân từ trường giảm nằm lòng Trái Đất Ở kim loại chảy lỏng xoay vòng quanh nhân ngồi Bằng chuyển động cắt ngang từ trường tạo dòng điện, dòng điện tạo từ trường Giả sử hướng chuyển động giữ ngun từ trường trước nguyên vẹn Nhưng đường chuyển động thường xuyên thay đổi, từ trường tạo thay đổi làm giảm bớt từ trường có trước Kết Trái Đất đổi cực? Cứ khoảng triệu năm cực từ Trái Đất thay đổi Khi Trái Đất thay đổi cực, từ trường Trái Đất không ổn định phân làm nhiều từ trường nhỏ, bao bọc lấy Trái Đất khắp hướng Sau từ trường ổn định trở lại theo hướng ngược lại Điều có nghĩa đường từ trường khơng phải từ Nam đến Bắc mà từ Bắc đến Nam Từ trường Trái Đất nguyên nhân tượng tự nhiên Thực tế từ trường đóng vai trò quan trọng giới động vật Khơng có lồi chim di cư phương Hình 2.16 Từ trường Trái Đất 79 hướng Có thể chứng minh điều thử nghiệm thông minh: nhốt chim hồng tước phễu lớn khơng có khả định hướng để tìm hướng bay Cũng loài chim di cư khác thường thay đổi hướng bay theo mùa Mùa thu chúng bay vùng ấm áp phương Nam, tháng tư chúng lại bay trở phương Bắc Trong thử nghiệm, hồng tước định hướng rõ ràng phương Bắc mà khơng có đường thiên nhiên vị trí Mặt Trời hay vùng núi Nếu cực từ tiếp tục dịch chuyển với tốc độ nhanh, điều vấn đề nghiêm trọng loài chim di cư tương lai Cực quang gì? Cực quang tượng xuất dải vòng cung băng ánh sáng trời, tượng vô hại khác ấn tượng (hình 2.17) Hiện tượng giải thích dựa nguyên lí hiệu ứng từ thắt nút cổ chai Các đường sức từ Trái Đất chạy hai cực từ tạo thành lớp từ trường bao bọc Trái Đất, gọi từ Hàng ngày phản ứng hạt nhân Mặt Trời làm xạ ánh sáng nhiều dạng lượng khác, có dòng mang hạt mang điện electron, gọi gió Mặt Trời Gió Mặt Trời gặp từ Trái Đất bị đánh dạt xung quanh, làm biến dạng phần từ phía sau Trái Đất (phía ban đêm) Đồng thời, nhiều electron gặp từ Trái Đất bị kéo theo đường sức từ phía địa cực Trái Đất vào khí Trái Đất qua oval cực quang Chúngva chạm mạnh với phân tử khí tầng cao khí (nitơ oxy), kích thích làm ion hóa chúng, tạo thành phát sáng biết Như vậy, hạt lượng Mặt Trời tầng khí Trái Đất Trong tượng này, dải ánh sáng cực quang sinh từ trình tương tác sáng liên tục chuyển động thay đổi Chúng hầu hết có màu xanh cây, đơi có thêm màu hồng, đỏ, tím trắng Cực quang xuất theo hình vòng cung xoắn ốc, theo sau dòng từ trường Trái Đất Các chất khí khác khí Trái Đất tạo nên 80 màu sắc rực rỡ cực quang Ví dụ, oxy tạo thành màu xanh cây, nitơ tạo thành màu xanh da trời đỏ Hình 2.17 Hiện tượng cực quang Thỉnh thoảng cực quang nhìn thấy miền Bắc nước Đức Thơng thường ta quan sát cực quang vùng cao phía Bắc Alaska, Canada hay Bắc Scandinavia 2.4.2 Bão từ 2.4.2.1 Khái niệm Bão từ Đôi nhiều người cảm thấy mệt mỏi, khó thở, người bệnh tim mạch thường có cảm giác bệnh nặng hơn, khơng khí ngột ngạt, số tai nạn giao thông tăng lên bất ngờ, hệ thống điện bị phá hủy, thơng số từ vệ tinh khơng xác, Tất nguyên nhân kẻ giấu mặt gây ra, Bão từ Bão từ hay gọi bão địa từ Trái Đất thời kì mà kim la bàn dao động mạnh Bão từ rối loạn Từ trường Trái Đất khoảng thời gian ngắn Hiện tượng xảy có vụ nổ lớn Mặt Trời tạo đợt sóng lớn (do dòng hạt mang điện) đập thẳng vào từ trường Trái Đất Trên số hành tinh khác hệ Mặt Trời, hành tinh có từ (như Thổ) có tượng tương tự thường sau 24 tiếng đến 36 tiếng sau vụ nổ 81 Nguyên nhân gây bão từ dòng hạt mang điện phóng từ vụ bùng nổ Mặt Trời (gió Mặt Trời) tác dụng lên đường cảm ứng từ củaTrái Đất 2.4.2.2 Cơ chế hình thành Bão từ Theo tài liệu [9], trình hình thành Bão từ miêu tả sau: • Các dòng hạt phóng từ Mặt Trời sinh từ trường, có độ lớn vào khoảng 6.10 9 Tesla • Từ trường ép lên từ trường Trái Đất làm cho từ trường nơi bị ép tăng lên • Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thơng biến thiên sinh dòng điện cảm ứng chống lại tăng từ trường Trái Đất(theo định luật Lenz) • Dòng điện cảm ứng đạt cường độ hàng triệu Ampe chuyển độngvòng quanh Trái Đất gây từ trường lớn tác dụng lên từ trường Trái Đất • Hiện tượng tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biến thiên kim la bàn dao động mạnh Các dòng hạt phóng xạ (gió Mặt Trời) đường tới Trái Đất tác động với từ Trái Đất, tạo hệ dòng điện tròn xung quanh Trái Đất (hình 2.18) 82 Hình 2.18 Sự tương tác phần tử Mặt Trời với từ Trái Đất Gió Mặt Trời làm cho từ Trái Đất (hình 2.19) xảy nhiều q trình vật lý, hóa học phức tạp Hình 2.19.Từ môi trường xung quanh Trái Đất Nếu hướng từ trường tầng điện ly hướng phía Bắc, giống hướng từ trường Trái Đất, bão địa từ lướt qua hành tinh Ngược lại, từ trường hướng phía Nam, ngược với hướng từ trường bảo vệ Trái Đất, bão địa từ mạnh ảnh hưởng trực tiếp tới Trái Đất Mặc dù khí Trái Đất tránh dòng hạt lượng cao đến từ Mặt Trời (gồm electron prơtơn), song hạt làm xáo trộn từ trường hành tinh, cụ thể từ quyển, gây rối loạn liên lạc vơ tuyến hay chí gây điện 83 2.4.2.3 Những ảnh hưởng Bão từ Trái Đất a Ảnh hưởng đến sức khỏe người Bão từ tượng diễn biến thiên nhiên, có ảnh hưởng lớn tới sống người Trái Đất Sóng Mặt Trời tạo hạt lượng cao khiến người có khả bị nhiễm xạ, gây ung thư biến đổi nhiễm sắc thể Khơng khí khí giúp bảo vệ người Trái Đất tránh nguồn xạ này, với nhà du hành làm việc vũ trụ khơng thể tránh Bão từ có tác động lớn sức khỏe người, đặc biệt tim mạch hệ thần kinh Để đảm bảo sức khỏe, người mắc bệnh nên tránh hoạt động nhiều trời, bệnh nhân cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn, uống đủ nước ngày để tránh tượng máu đặc máu đặc làm cho cục máu đơng hình thành dễ dàng Như vậy, bệnh nhân tim mạch, thần kinh có bão từ đưa bệnh nhân tim mạch vào lồng Faraday để tránh bão từ (ở Nga) Trong điều kiện Việt Nam chưa có khả tiến hành việc cách tốt theo dõi chặt chẽ bệnh nhân để điều trị cứu chữa kịp thời Trong thực tế, người khỏe mạnh, bão từ gây ảnh hưởng toàn hệ thống thể: cảm xúc, hoạt động thể lực hoạt động trí tuệ, suy giảm Tất nhiên, người khỏe mạnh sức đề kháng tốt q trình hồi phục nhanh chóng so với người bệnh Ai biết tự sản sinh chất đặc biệt tương tự heparin, giúp thể nóng lên trở lại bình thường Thế bệnh nhân, chức bị chậm lại b Ảnh hưởng đến mạng thông tin Trái Đất Không ảnh hưởng đến sức khỏe người, bão từ ảnh hưởng nặng nề tới hệ thống thông tin liên lạc Dưới ảnh hưởng từ trường, sóng radio bị nhiễu hay bị phản hồi ngược lại 84 Hệ thống dò tìm cảnh báo sớm quân đội bị gặp trục trặc rada tầm xa liên tục đưa cảnh báo sai Đường điện thoại di động lẫn cố định bị nhiễu hay sóng Các hệ thống dẫn đường không tránh khỏi ảnh hưởng bão từ Máy bay tàu thủy thường sử dụng sóng tần số thấp để định vị Trong suốt thời gian xảy bão từ, vị trí xác định có sai đến hàng dặm, gây nên vụ tai nạn đáng tiếc Với vệ tinh viễn thông, kể vệ tinh Vinasat nước ta, bão từ hạn chế khả truyền thông tin, làm đường truyền tín hiệu Các nhà địa chất học xác định cấu trúc đá ngầm lòng đất, dựa vào để tìm mỏ quý từ trường Trái Đất ổn định Sự dao động từ trường ảnh hưởng lớn tới việc khai thác dầu đồng hồ đo dòng chảy bị sai lệch thông tin, tỷ lệ hao mòn đường ống tăng đáng kể Nếu khơng ý để cân lại số lúc xảy bão từ, tai nạn dễ xảy Ngoài ra, bão từ ảnh hưởng lớn tới hệ thống điện Mỗi bão từ xảy ra, nhà máy điện thường gặp nhiều trục trặc lớn, gây nên tê liệt hệ thống điện Bão từ gây rối loạn vô tuyến: Rối loạn vô tuyến rối loạn mật độ điện tích tầng điện li Trái Đất, có gió Mặt Trời mạnh, đặc biệt bão từ, gây ảnh hưởng đến liên lạc vơ tuyến Khí Trái Đất có tầng điện li Khơng khí tầng bị ion hóa hạt lượng cao đến từ Mặt Trời từ vũ trụ, tạo hạt mang điện lơ lửng Tùy theo mật độ (n) hạt mang điện mà tầng điện li có khả cho truyền qua phản xạ sóng vơ tuyến có tần số (f) khác Mật độ hạt mang điện lớn sóng phản xạ phải có tần số phải lớn: n: f2 (2.3) 85 Để liên lạc xa, ta dùng sóng ngắn có tần số thích hợp để sóng phản xạ tầng điện li sóng truyền tới nơi mặt đất Trong thời kì Mặt Trời hoạt động mạnh, đặc biệt có bùng nổ tia Rơnghen dòng electron, prơtơn đến Trái Đất tăng cường Khi dòng va chạm vào khí Trái Đất, khơng khí tầng điện li bị ion hóa mạnh dẫn đến mật độ hạt mang điện tăng lên nhiều lần Điều dẫn đến tần số sóng vơ tuyến thỏa mãn điều kiện phản xạ tầng điện li bị nâng cao Các sóng vơ đài phát thường dùng khơng thỏa Hình 2.20 Vệ tinh Solar B tuyến mà mãn điều kiện phản xạ việc liên lạc sóng vơ tuyến khơng diễn bình thường nữa, có bị hẳn Điều dẫn đến nhiều hậu cho hoạt động phụ thuộc vào liên lạc vô tuyến sống người c Các giải pháp phòng tránh Bão từ tượng thiên nhiên xảy ngồi tầm kiểm sốt người Cũng động đất, gây tổn thất lường trước Nhất giai đoạn nề công nghiệp đại bối cảnh hoạt động Mặt Trời dần đến cực đại việc nghiên cứu, tìm biện pháp phòng ngừa khơng thể không thực Do tác động hoạt động Mặt Trời nên từ trường Trái Đất làm tăng hoạt động bão từ Người bị bệnh tim mạch không nên ngồi ngày có bão từ, thay vào nên đến bệnh viện, khu nghỉ dưỡng để có biện pháp hỗ trợ khắc phục có cố sức khỏe xảy Thiết bị dự báo bão từ: lần Trái Đất có hệ thống cảnh báo sớm tượng bùng nổ theo chu kì Mặt Trời Ngày 22 tháng năm 2006, vệ tinh Solar B (hình 2.20) Nhật Bản, Mỹ Anh chế tạo phóng lên từ trung tâm Uchinoura miền nam Nhật Bản 86 Trong tháng 10 năm 2006, thêm hai thiết bị thám sát khác có tên gọi Stereo đưa vào khơng gian để với Solar hợp thành hệ thống quan sát dự báo khí Mặt Trời Cho đến nay, dự báo vụ bùng nổ Mặt Trời chưa thể thực được, ảnh hưởng đến đời sống người chứng minh từ lâu 2.4.3 Khối phổ kế Theo nghiên cứu [15] mà em tìm hiểu khối phổ kế thiết bị có tác dụng tách riêng hạt, chất bị ion hóa (các hạt tích điện, ion) có điện tích khối lượng chúng khác nhau, hoạt động dựa tác dụng điện trường từ trường lên chùm ion bay khơng gian Khối phổ kế gồm ba phận chính: Buồng chân không, hệ thống xử lý liệu khối phổ Buồng chân khơng bao gồm buồng ion hóa, phân tích Ion detector (đầu dò ion) Bộ phân tích phận quan trọng khối phổ kế, làm nhiệm vụ phân ly ion có khối lượng khác thành phần dựa vào làm chệch hướng ion so với quỹ đạo ban đầu chúng vào điện, từ trường tùy theo tỉ số m/z (khối lượng/số điện tích) Điểm mấu chốt kĩ thuật độ phân giải tốt, phép đo khối lượng xác nhạy Chúng ta chia phân tích làm bốn loại: Bộ phân tích từ, phân tích tứ cực, phân tích theo thời gian bay phân tích cộng hưởng ion Xiclơtrơn Bộ phân tích từ có độ phân giải lớn cồng kềnh Bộ phân tích tứ cực có độ phân giải đủ lớn cấu trúc gọn nhẹ Bộ phân tích theo thời gian bay có cấu trúc gọn nhẹ độ phân giải thấp Do có đặc điểm nên phân tích tứ cực sử dụng phổ biến Bộ phân tích tứ cực có cấu tạo gồm có trục, đặt song song đơi hình (2.21) 87 (U  Vcos  t) (U Vcos  t) Hình 2.21 Bộ phân tích tứ cực Trong hình 2.21, U điện chiều V điện xoay chiều Bộ phân tích tứ cực hoạt động lọc khối, vận hành cách kết hợp xoay chiều vơ tuyến, cho dòng ion có quỹ đạo ổn định, tỉ số m/z đến detector thời điểm Bộ phân tích lượng cong phương pháp phân tích lượng ion dùng khối phổ kế, cho biết thông tin hàm phân bố lượng hàm phân bố khối lượng ion từ khối plasma Hình 2.22 Bộ phân tích lượng cong 88 Nguyên tắc chẩn đoán hàm phân bố lượng khối lượng ion: Trong plasma, số ion dương gia tốc, vượt khỏi miền bao plasma vào độ nhỏ, đến cặp cong đặt song song với Các ion chuyển động điện trường cong, có ion chuyển động theo đường cong cong qua khe đến detector (hình 2.22) Nhiệm vụ đầu dò (detector) nhận biết dòng ion có quỹ đạo ổn định, tỉ số m/z Đầu dò có khả phân tích định tính định lượng Nó phân loại tách riêng dòng ion TIỂU KẾT CHƯƠNG II Sau nghiên cứu ứng dụng từ trường, người đọc cung cấp thêm thông tin rõ ràng ứng dụng thực tiễn: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động giải thích tượng vật lí bên loại máy gia tốc - Cơ chế ứng dụng từ trường lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp - Ứng dụng từ trường y tế - Giải thích tượng từ trường chương trình vật lí THPT Những ứng dụng sách giáo khoa phổ thông phân tích cách rõ ràng, giúp nhà giáo dục biết thông tin cần thiết phục vụ cho việc giảng dạy 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Thông qua vấn đề nghiên cứu, khóa luận: “Từ trường số ứng dụng” đạt kết sau: - Tìm hiểu trình bày cách hệ thống kiến thức khái niệm, nguyên lí, định luật, định lí từ trường, từ trường dòng điện, điện tích chuyển động, từ tính chất từ trường vật chất - Tìm hiểu giải thích số ứng dụng từ trường trong: • Máy gia tốc hạt • Y tế, nơng nghiệp 90 • Các tượng từ trường đề cập đến sách giáo khoa vật lí thuộc chương trình vật lí THPT KIẾN NGHỊ Có thể áp dụng ý tưởng đề tài mở rộng nghiên cứu cho nội dung khoa học khác chương trình dạy học trường THPT máy gia tốc thẳng, ứng dụng hiệu ứng Hall, Các thầy (cô) cần quan tâm nghiên cứu tới lĩnh vực đề tài từ có phương án áp dụng cho THPT cách hiệu 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình (2003), Dư Trí Cơng, Nguyễn Hữu Hồ, Vật lí đại cương (Tập 2), Nxb Giáo dục [2] David Halliday (2011), Robert Resnick, Jearl Walker, Cơ sở Vật lí (Tập năm: Điện học - II), Nxb Giáo dục [3] Vũ Thanh Khiết (2005), Điện học (Giáo trình Cao đẳng Sư phạm), Nxb Đại học Sư phạm [4] Nguyễn Thị Lan (2017), Dòng điện mơi trường ứng dụng, Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành ĐHSP Vật lí, trường ĐHHV [5] Nguyễn Ngọc Long (2009), Vật lý chất rắn (Cấu trúc tính chất vật rắn), Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Website: thuvienvatly.com [7] Website: http://thongtinkhcn.com.vn/vn/tin-tuc [8] Website:http://vinatom.gov.vn/tap-chi-thong-tin-khoa-hoc-va-cong-nghe -hat-nhan-so-51 [9].Website:http://360.thuvienvatly.com/tin-tuc/60-2011/1555-tu-truong-lamgiam-do-nhot-trong-mau [10] Website: http://khoahoc.tv/chua-ung-thu-bang-nam-cham-42270 [11].Website:http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Se mina%20tren%20lop/Plasma/CURVED%20PLATE%20ENERGY %20ANALYZER_Bo_phan_tich_nang_luong_ban_cong.pdf [12] Website: http://cb.huaf.edu.vn/uploads/chuong-trinh-dao-tao/2017_09/ ung-dung-vat-ly-trong-nong-nghiep.pdf 92 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Phú Thọ, ngày tháng Giảng viên hướng dẫn năm 2018 ... luận với tên đề tài: Từ trường số ứng dụng 3 Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu đặc trưng từ trường, tính chất quan trọng từ trường, từ giải thích ứng dụng từ trường khoa học sống Nhiệm vụ nghiên... kì) Do từ thông dương đường cảm ứng từ từ mặt kín S ra, âm đường cảm ứng từ vào mặt kín S Mặt khác, có đường cảm ứng từ vào có nhiêu đường cảm ứng từ khỏi mặt kín S (hình 1.4) Kết là, từ thơng... nhờ vào nam châm lọc sắt 67 2.2.4 Nam châm giúp bò giảm chứng viêm màng ruột .68 2.3 Ứng dụng từ trường y tế .70 2.3.1 Ứng dụng nam châm vào chữa ung thư 70 2.3.2 Từ trường