Cơ sở vật lý tập 5, điện học 2

DAVID HALLIDAY - ROBERRTT RESNICK - JEARL WALKER sở VẬT ú TẬP N Ă M : E»IỆN HỌC - II (T i b ản lááần th ứ năm) Chkiủ biên : HOÀNCCG HŨU THƯ NguMỜi dịch : ĐÀM TPIRƯNG ĐỒN LÊ KHHẮC BÌNH ĐÀO MKIM NGỌC NHÀ X U Ấ T BẢN CG3IÁ0 DỤC V IỆ T NAM N gu yên : F U N D A M E N T A L S O F PHYSICS C ác tác g i ả : DAVID HALLIDAY R O BERT RESNICK JE A R L W A L K E R N h x u ấ t bẩn : JOHN WILEY & SONS, ĨNC Công ty cổ phần sách Đại học - bạy nghề - Nhà xuất bận Giáo dục Việt Nam giữ công bố tác phẩm * 19 - 2010/C X B /318 - 2244/G D Mã số : 7K268yO - DAI TỪ TRƯÒNG 30 Vờií hạn dã ngoạ i v o m ộ i d ê m lôi trù i, lại m ộ t m i ê n có v ĩ dù c a o , bạn có thơ dã dược nhìn th ấ y m ộ t cực quang D ỏ lù m ộ t "mùn sáng" m u rù tù bầu trời xuống N ỏ kh ôn g p h ả i ch ỉ xu ất ỏ m ộ t m i ê n hựp, m C( thê cao tới vùi trăm k m , dùi vùi tiíỊÙn k m , g m ộ t cu ng q u a n h Trá t)fíi Tuy d ầ y k h n g l k m C d ã gây lùện tượng kì vĩ nảy I '/ nỏ lại m ò n g đ ế n thê ? :ì 30-1 TỪ TRƯỊNG Ta dã phân tích, chất dèo tích điện sinh đ i ể m quanh trường vectơ gọi điện trường E th ế Tương tư vậy, nam châm sinh trường vectơ, gọi t t r n g B điểm khơng gian bao quanh Bạn cd ý niệm vể từ trườn g d ù n g nam châm nhò để ghim mảnh giấy cửa tủ lạnh, khơng may bạn xóa hết chương trình đĩa mềm máy vi tính để nđ gần na m châm Một loại nam châm quen thuộc cuộn dây có dòng điện chạy qua, quấn qu anh lõi sát Cường độ từ tr ờn g' đượ c xác định độ lớn dòng ■điện Trong cơng nghiệp,, c c n a m c h â m d iệ n th ế dùng đ ể hút vụn sát khòi vật khác (hình 30-1) Hinh 30-2 trình bày loại n a m châm điện khác dùng phòng thí nghiệm nghiên cứu Có lẽ quen thuộc với bạn c c n a m c h â m v ĩn h c ừu, tức nam châm khơng cấn d ò n g điện ‘t ạo được, từ trường Hình 30- giới thiệu hinh dạng từ trường q u a n h nam châm vĩnh cửu nhỏ, thông qua mạt sắt HỈNH 30-1 D ùng nam ch Am (JiỌn đô Ihu sấi vụn trọng nha máy luyộn thép H iN H -2 Các num chrtm uiC-ri dung líõ làm cong dưòng va hội tụ chùm hạt tích điỌn máy gíÍI tổc hrtt chương 24 ta biểu diễn mối quan hệ điện tích diên trường E sau : điện tích E *->điện tích The nghĩa điện tích sinh điện trường, điện trườn g đến lượt lại íat' dung lực (điện) lên điện tích khác đ ặ t trường Phép đối xứng - công cụ đác lực dùng nhiểu lẩn trước - gợi ý cho ta thiết lập quan hộ tương tự tượng từ : từ tích B từ tích, (30-2) B từ trường Ý tưởng chi bị vướng điểu hinh khơng cú từ tích* Điếu có nghía khơng có chất điểm lập phá t đường sức từ Một sổ thuyết dư đốn tổn dơn cực từ váy, có nhiều nhà vật lí ủng hộ thuyết ấy, nh n g người ta chưa kh ằn g định tổn đơn cực từ Vậy thỉ từ trư ờng đâu sinh ? Thí nghiệm chứng tỏ điện tích chuyền dơn g sinh Diện tích sinh diện trường nđ đứng yên hay chuyển đỏng ; nhiên chuyền động điện tích sinh từ trường Đâu điện tích chuyển động ? Trong nam châm vỉnh cửu vẽ hình - chúng ìà -các electron nguyên tử sắt tạo, nôn nam ch âm Trong nam châm điện vẽ trẽn hình 30-1 30-2, chúng electron chạy cuộn dây dẫn mà ta đâ quanh nam châm Nhơ từ học, nghĩ vế kiểu tương quan sau điên tích X 4* chuyên động _ B điẽn tích 71 chuyên động (30-3) Vị dòng điện dây dẫn luổng điện tích chuyển động nên ta viết phương trình (30-3) sau : dòng diện «-* B ♦-♦dòng điện (30-4) Các phương trỉn h (30-3) (30^4) ndi lên : 1) Một điện tích chuyển động hay dòng điện sinh m ột từ trường 2) Nếu ta đật điện tích chuyển động sợi dây dẫn có dòng điện chạỵ qua vào từ trường nổ bị lực từ tác dụng Chính nhà vật lí Đan Mạch H a n s Christian Oersted người đẩu tiên (vào n m 1820) liên kết hai khoa HỈNH 30-3 Mại sắi đâ lâm hiỌn từ học riêng biệt vé dòng điện vẽ tượng từ trưòng irong khổng gian ba chiéu- chung vôi nhau, khi* ông t a ch ứn, g tỏ dòng điện , , d ịnh sê vào tẠn dâyJ dân có thê làm lệch kim nam châm la bàn bò () A dẫy nam_ chAm UA_ co, tác dụng / _ ngăn x t • IVong chương ta chi bàn tới nửa số vấn đề tóm t t tro n g phương trinh (30-3) ° Tư khrti - mành sắt vụn, mã vổ linh an bỏ dâ nuổt khơng cho chúng ir?, dón rnm non nv, ò dó chúng gAy lỏn thuong ND dày cò (30-4) Cụ th ể ta cho rằ n g có sản từ trư òn g - c h ản g h ạn tron g không gian hai m ặ t cực nam châm điện - tự hỏi trư n g d ụng lên điện tích chuyển động lực th ế ? Trong chương tiếp bàn nốt nửa số v ấn đễ lại tức từ trư ờng giả định có đâu mà có ? khống v tác theo ta 1, sẵn Ị -2 ĐỊNH NGHĨA CỦA B Ệ Dề định nghĩa điện trư n g điểm, ta đ ặ t điện tích th q đứng yên điểm đo lực điện Fp tác dụng lên điện tích Từ ta định nghía E dựâ vào hệ thức F e = ợE (30-5) Nếu có m ột đơn cực từ, ta định nghĩa B b ằ n g cách tươ ng vị thiên nhiên khơng có h ạt vậy, nên ta phải định nghĩa cách 'khác, dựa trê n lực từ tác dụng lên điện tích ch uy ển động tron g phương trìn h 30-3 tự Bởi B nêu Để làm việc đó, vê nguyên tác, ta phải bán m ột điện tích th vào điểm niậ ta cần xác định 'B, cách chò điện tích thử' tóc độ hướng bay khác nhau, ta xác định lực (nếu có) tác dụng lên điện tích điểm Sau th th lại nhiếu lần, ta thấy r n g lực F B tác dụng lên m ột điện tích th có vận tốc V điện tích q ctí th ể viết bàn g tích vectơ V m ột đại lượng vectơ B m ta gọi từ trường : ' Fjj = q v X B, tr ò n g ’ àồ q có th ể dừớng ám Phương trin h dù n g đ ể biết hướng (phương, chiểu) lẫn cường độ trường Sau B mà ta tìm bàng cách phân tích lực tảc dụ n g lêĩi • cũng- là' hư n g bởi- k im tianrch&ttV 'củà' lầ 'bărì 'đặt' (30-6) định ng hía B - n y cho n ày ta thấy, húớng điện tích chuyển ặộng 'tròng' t ’ trứárig 'ầý Dưới m ột sổ điểu m b ạn có th ể nghiệm lại từ p hươ ng trìn h (30-6) từ hình 30-4•; ỹế m inh họa nđ p ^ - Lực từ F _ iu ô n tác đ ụn g vuông gổc vội vectơ vận tốc T h ế ng h ĩa m ộ t từ ttư n g đểu Tmơng biến dổi khơng th ể tă n g tốc h â m m ột h t điện tích chuyển động, m cổ th ể làm lệch hướng chuyển động c ủ a nổ, N h Ịư£_lừ c hỉ thay dổi dược Hướng của_Mectct -vâa.-tấc V m không làm th a y đối dưac-dộ-4ám nci (Kết ctí vẻ vi phạm định lu ật N ew ton ; nh n g , c ầ n lựu ý đính luật N ew ton F - m a , eó quan hệ với đại lượng vectơ ; vectơ vận tốc V thay đổi dù chi vé hướng thỉ cđ gia tốc) Vì độ ìớn V khơng thay đổi, nên lực từ không làm thay đổi động' nàng cùa hạt H ìn h ’ -5 cho th y chùm tia electron tro n g ống ph át tia âm cực có th ể bị từ trư n g làm lệch hưồng - Từ trư ờng không tác dung Iưc nảo lên h a t tích điAn chuyển dộng song chiều (hỗc ngước chiều với trưòngV-Từ phương trin h 0-6 , ta th độ lốn lực từ cho hệ thức • F tì = qvB sin lớn ( » lớ n nhiều) < nhỏ ( l-,7raA (c) 4,5- n J 17 (a) 3,60 m H (b) 1,33 kHz (c) 0,188 ms lữ 600 ; 710 ; 1100 ; 3300 Hz 21 Ca) Q/V3 (b) 0,152 25 (a) 1,98 (b) 5,56 fiC (c) 12,6 mA (d) -46,9° (e) +46,9° 27 (a) 356 fia (b) 2,50 mH (c) 3,20 m J 29 (a) số k hông (b) 2i(t) 31 8,§6 33 (L/R) ln2 35 (b) 2,10 X 10-3 37 1,84 kH z 39 I,l3 k Hz ; 1,45 kHz ; 1,78 kH z ; 2,30 kHz Chương 36 i 377 rad/s (a) 955 mA (bj 119 mA (a) 4,60 kHz (bì 26,6 nF (c) XL = 2>'60^ x c = 0,650 kCỈ (a) 0,65 kHz (b) 24Q (a) 39,1 mA (b) số không sc) 33,8n»A (d) cuttg cáp lượng 11 (a) 6,73 ms (b) 2,24 ms (c) tụ điện (d)59,) /mF 13 (a) x c = ; X, = 86,7 Q ; z = 182 Q ; I = 198mA ;

11 - , Hiộu ứng H al! 13 - , Một điện tích chạy vòng tròn 15 -6 19 C c m y g ia l ố c c y c lộ trô n m ộ l x a n h c r rttr ô n - L ự c từ t c d ụ n g lê n m ộ t d a y d ẫ n c ó d ò n g đ i ệ n c h y q u a 24 -8 Ngẫu lực c dụng lên dòng điện kín 27 - Lưỗng cực từ , • 30 n tập tóm tắt 32 CAu hỏi 33 Bài tập toán 35 BẤi toán bồ sung 45 Chương 31 - ĐỊNH iU À T AM PÈRE Một súng dùng ray điện tụ bắn CÃC đạn có tốc dộ lOkm/s ? 46 - Dòng điện từ trưòng 47 - - Cách tính tù tn iòn g 1-3 tự c tù tác dụng dầy dẫn có dòng điộn chạy qua 53 - Hai dây dẫn song song 54 - , P ịn h iuật A m p ère 58 - ó n g dây điện thẳng 1-7 ống điện hình xuyến Dòng điện vòng xerri lưổng ‘ (63 cực tù Ổử t^p vâ ióm tắt 09 cạu hỏi 70 72 Bàỉ tập toán Chương 32 - OỊNH LUẬT CÀM ỨNG CỬA FARADAY Cây đàn ghita điện đă cách mạnghốa nhạc rốc ? $5 - Hai đối xứng B(y - Hai thí nghiệm Ỉ&6 - Dịnh luật cảm ứng Fafad ay $8 328 -4 ịnh luẠt Lenz - - Hiện tượng cảm ứng : Nghiên cứu 91 định lượng 95 -6 ừiộn tn lòng cảm ứng 100 -7 Bêiatron 104 Ổn lập tóm tắt 106 Câu hỏi 07 Bài tộp toán 111 Bài toán bổ sung 120 Tiẻu luận ' S IÊ U D Ẵ N (do Peter Lindeníeld) 12 Chương 33 - ĐỘ T ự CÀM Bạn có Ihẻ dò tìm kho báu dưói biẻn 33- ? 130 Tụ điện cuộn cảm 13 3 - Dộ tự càm 13 3 - Hiộn tuợng tự cảm 134 3 - Mạch R L 13 33- NSrtg lượng lổn trữ từ trường 139 33- Mậi độ lượng lừtrưòng 14 3 - H iộ n tư ợ n g h ô c ảm 145 ô n tập tóm tắt Câu hỏi Bài tập toán Bài U)án bổ sung 148 15 15 158 Tiểtu luận B A Y B Ằ N G T Ừ (do Thom as D Rossing) 160 Chương 34 - HIỆU ỨNG TỪ VÀ VẬT LIỆU TỪ Mộtt cAi lò gốm có thẻ phát tù trưởng TVái Đất tù thòi xa xtía nhu ? (J 65 - t Nam châm 166 34—2 Hiệu ứng tù êleciron 16 4- Mồmen động lượng quỹ đạo hiệuứng tù 169 34—4 Định luật Gauss cho từ học 170 * Từ tính Trái Đất 17 34- Hiộu ứng thuận từ 34- Hiệu ứng nghịch từ (tùy chọn) 17 , 17 —8 H iộj ứng sắt từ 34- 17 Từ tính hạt nhân : vài lòi nói thơm 16 Ồn tộp tóm tắt Olu hỏi Bíũ tẠp tốn Bai toán bổ sung 18 184 186 19 Tiẻtu luận 10 T Ừ H Ọ C V À D Ò ! S ố N G (do C harles p B ean ) 19 Chương 35 - DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ Hièím họa vẻ giao thơng khơng đơng nghịt có thẻ làm dịu bốl ? — Vật lí mỏi tốn học cũ 19 198 329 - D ao động mạch LC, khào sát định tính 1