Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Điện quang): Chương 4 - PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 4: Từ trường trong chân không cung cấp cho người học các kiến thức: Tương tác từ, từ trường, định lý Gauss đối với từ trường, định lý dòng toàn phần,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TỪ TRƯỜNG TRONG CHÂN KHƠNG PGS.TS Lê Cơng Hảo 4.1.Tương tác từ 4.1.1 Thí nghiệm  Năm 1820, nhà vật lý người Đan Mạch Hans Oersted làm thí nghiệm dòng điện phát lệch kim nam châm gần dây dẫn có dịng điện chạy qua  Ngược lại, đưa nam châm lại gần cuộn dây có dịng điện nam châm hút đẩy cuộn dây tùy theo chiều dòng điện cuộn dây Hans Oersted (1777-1851) 4.1.Tương tác từ  Biot-Savart lập lại TN Oersted đưa phương trình mơ tả từ trường tạo dòng điện  Mặt khác, André Ampère tiến hành thí nghiệm & nhận thấy hai dịng điện có tương tác Id  r B(r ) = k  r3 d F = I 'd '  B 4.1.2 Kết luận: Sự tương tác nam châm, nam châm dòng điện, dòng điện dòng điện giống gọi tương tác từ André Ampère (1775-1836) 4.2 Từ trường 4.2.1 Khái niệm từ trường vectơ cảm ứng từ  Để giải thích lan truyền tương tác dịng điện ta phải thừa nhận tồn môi trường trung gian môi giới cho tương tác Môi trường gọi từ trường  Từ trường đặc trưng đại lượng vectơ kí hiệu (vectơ cảm ứng từ) dB 4.2.2 Định luật Biot-Savart 4.2.2.1 Vecto phần tử dòng điện Trên dây dẫn lấy đoạn chiều dài nhỏ dℓ gọi Id vecto phần tử dòng điện 4.2.2.2 Định luật Biot-Savart M  I dl Id  r B(r ) = k  r3 Bằng thực nghiệm Biot-Savart đưa 0 Id  r phương trình mơ tả từ trường tạo dB = phần tử dòng điện gây 4 r3 điểm M 0 I  dl  sin  Trong µ0 = 4π.10-7 H/m (T m/A) dB = 4 r2 số từ thẩm chân khơng µ độ từ thẩm mơi trường Vectơ cảm ứng từ (=1 khơng khí) Đơn vị: Tesla (T) 4.2.2.2 Định luật Biot-Savart Vectơ cảm ứng từ dB vectơ phần tử dòng điện Idℓ gây điểm M cách Idℓ đoạn r: -Gốc: M -Phương: vng góc với mp(Idℓ, r) Độ lớn: 0 Id sin  dB = 4 r -Chiều: Qui tắc bàn tay phải Cảm ứng từ toàn dòng điện I : 0 Id  r B =  dB =   r dd dd Nếu có n dịng điện M, B = B1 + B3 + B3 + + Bn = B là: n B i =1 i 4.2.2.3 Cảm ứng từ dịng điện thẳng mà Có 2 BA1A2 =  dB  BA1 A2 1 h hd r= ; dl = sin sin  0 I nên dB= sin  d 4 h 0 I (cos 1 − cos  ) 0 I (sin 1 + sin  ) = = 4 h 4 h Đối với sợi dây dài vô hạn: A2 2 I 0 I B = 2 h 2 O h   Id  1 A1 1 M  + 4.2.2.3 Cảm ứng từ dòng điện thẳng Các trường hợp đặc biệt A2 2 O B A1 A h M + 1  B M h O 2 A2 1 +  B O h  M +  B M I A2 I I I I A1 A1 A A1 I = (sin 1 + sin  ) 4h B A1 A I = (sin 1 − sin  ) 4h B AO =  0I sin  4h B   I = 2h B A1 A = Bài toán đơn giản 4.2.2.3 Cảm ứng từ dòng điện thẳng Các trường hợp đặc biệt (Cung tròn) 0 I  ds  sin  dB = 4 R2 4.2.2.4 Cảm ứng từ dòng điện tròn bán kính R mà => 0 IR B=k 2( R + h )3/2 0 IS B=k 2 ( R + h )3/2 S = R2 x Id l I dB O y   R h Tại tâm hình trịn M dBz z 0I B0 = 2R 4.6 TÁC DỤNG TỪ TRƯỜNG LÊN MẠCH KÍN Mơmen lực tác dụng lên khung dây dẫn kín: I => Khi đó, mơmen lực là: F (a) (b) B  n F' I () 4.6 TÁC DỤNG TỪ TRƯỜNG LÊN MẠCH KÍN Cơng làm quay khung từ góc  →  + d => Suy công làm quay khung từ góc  vị trí cân Năng lượng từ khung 4.7 CÔNG CỦA LỰC TỪ: Trong vùng khơng gian có từ trường B , đặt mạch điên khơng đổi I, MN = l , chuyển động tịnh tiến mặt phẳng khung dây Thanh chịu tác dụng lực từ: dS I nên = I B(d x  l ) Từ hình vẽ, ta thấy (d x  l ) = ndS M’ M l B n + + F Suy d m số gia từ thông gửi qua khung chuyển động N’ N dx 4.7 CÔNG CỦA LỰC TỪ: dS B mà (C) n dl => Vậy Suy  m1 ,  m từ thơng gửi qua khung vị trí I 4.8 HẠT ĐIỆN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG – LỰC LORENTZ Một hạt điện tích q chuyển động với vận tốc v từ trường tương đương với phần tử dòng điện Idl, cho: q.v = I.dl Từ lực: dF = B x Idl Lực Lorentz: dFL = B x qv F = qv  B q0 q0 F = q B.v.sin  ... O 2 A2 ? ?1 +  B O h  M +  B M I A2 I I I I A1 A1 A A1 I = (sin ? ?1 + sin  ) 4? ??h B A1 A I = (sin ? ?1 − sin  ) 4? ??h B AO =  0I sin  4? ??h B   I = 2h B A1 A = Bài toán đơn giản 4. 2.2.3 Cảm... ? ?1 + sin  ) = = 4? ?? h 4? ?? h Đối với sợi dây dài vô hạn: A2 2 I 0 I B = 2 h 2 O h   Id  ? ?1 A1 ? ?1 M  + 4. 2.2.3 Cảm ứng từ dòng điện thẳng Các trường hợp đặc biệt A2 2 O B A1 A h M + ? ?1. .. .Bdv =  B dS1  B.d S Công thức Gauss: dS2 S1 .B = =  B.d S S2   B.d S =0 S Bx By Bz .B = + + x y z Sự xuất từ trường điện tích chuyển động 4. 4 Định lý dịng tồn phần 4. 4 .1 Lưu số vectơ