trường tĩnh điện trong chân không vật lý 1 đại học bk hcm phần 2

1 Tóm tắt giảng Vật lý A1 CHƯƠNG 8: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI 8.1 Khái niệm bản: ng c om 8.1.1 Dòng điện: Là dòng chuyển dời có hướng điện tích Theo quy ước chiều dòng điện dòng chuyển dời điện tích (+) a/ Dòng điện kim loại:dòng e − tự b/ Dòng điện dung dịch điện phân: dòng ion (+), (−) ion (+) → Cathode ion (−) → Anode c/ dòng điện chất khí: dòng ion (+), (−) e − tự 8.1.2 Cường độ dòng điện I: Là số điện lượng qua diện tích S 1s dq ⎛C⎞ I= ⎜ ⎟ ( A) dt ⎝s⎠ r 8.1.3 Vectơ mật độ dòng điện: J có phương, chiều dòng ñieän r r dI S dS A J = * Độ lớn: m dSn r J r r r r r Sn dI = J dS = J dS cos α = J dSn an co ( ) th 8.1.4 Suất điện động nguồn: r r r ⇒ E * : trường xoáy o ξ = ∫ E * dl ≠ C r ⇒ E : trường du on o g (C ) r r ∫ E.dl = cu u Suất điện động công lực điện trường E * dịch chuyển điện tích +1C vòng quanh mạch kín nguồn r E * : trường xoáy (điện trường biến đổi theo thời gian) r 8.1.5 Phần tử dòng điện: I dl Phần tử dòng điện đoạn ngắn dòng điện có phương, chiều dòng điện có độ lớn I.dl 8.2 Định luật ampe (Định luật tương tác phần tử dòng điện): r r Xét phần tử dòng điện : I dl0 I dl cách đoạn r chịu cặp lực r r tương tác dF0 dF (được gọi lực Ampe hay lực từ) r r r r I dl r r μ μ0 I dl0 × I dl × r dF0 = dF 4π r r r r r r r r μ μ0 I dl × I dl0 × r0 dF0 dF = 4π r03 r I dl0 ( ( ) )    ÑH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 8.3 Từ trường: r 8.3.1 Từ trường gây phần tử dòng điện I dl : r Phần tử dòng điện I dl tạo xung quanh từ trường người ta tính từ trường r r điểm M thông qua đại lượng vectơ m ứ n g từ d B r r dB r r μ μ0 I dl × r I dl → M → dB = r3 4π M Với: μ = 4π 10 −7 H : số từ m r r μ : độ từ thẩm tương đối môi trường r ( ) I dl ( ( ) c om • Điểm đặt: M r • Phương: đường thẳng vuông góc mặt phẳng I dl , M r r r • Chiều: quy tắc vặn nuùt chai I dl , r , dB r r r μ μ I dl • Độ lớn: dB = sin I dl , r 4π r ) ng ⎧ r ⎪⎪ dB ⎨ ⎪ ⎪⎩ cảdây th an co 8.3.2 Từ trường gây dây dẫn: (nguyên lý chồng chất từ trường): Từ trường dây dẫn tổngrtừ trường phần tử dây dẫn r r μ.μ0 I dl × rr I dl → M → dB = r3 4π r r Cả dây → M → B = ∫ dB cu u du on g 8.3.3 Từ trường nhiều dây dẫn: r dây1 → M → B1 ⎫ r ⎪ dây → M → B2 ⎪ r n r ⎪ taiM : B M = ∑ Bi ⎬ i =1 ⎪ M ⎪ r ⎪ n → M → Bn ⎭ r Vd1: Cho daây dẫn thẳng có dòng điện I Tính B M đường nối dài dây r r sin α = ⇒ B = Idl r r Vd2: Tính B điểm dây cách đoạn a: x a.dα tgα = ⇒ x = a.tgα ⇒ dx = a cos α a a cos α = ⇒ r = ; sin θ = cos α r cos α a α r r O x r Idl    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com θ https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 r r r μ μ0 Idl × rr μ μ0 I dl ⇒ dB = sin θ Idl → M → dB = 4.π 4.π r r μ μ0 I a.dα cos α day → M → B = ∫ dB = ∫ 4π cos α a cos α α μ.μ0 I μ.μ0 I B= ∫ cos α dα = ( sin α + sin α1 ) 4π a −α1 4π a M α2 α a ng • r BM điểm đặt: M phương: đường thẳng vuông góc (dây, M) chiều: quy tắc vặn nút chai μ μ I (sin α ± sin α ) độ lớn: BM = 4π a Dấu +: hình chiếu M dây Dấu −: hình chiếu M dây c om • • • ⎧ r ⎪⎪ BM ⎨ ⎪ ⎪⎩ co r Vd3: Cho cung tròn (0, R) góc chắn α , BO = ? Daøi: l = R.α r r μ.μ0 I dl sin 900 Idl → O → dB dB = 4π r μ.μ0 I μ μ0 I ⇒ B = ∫ dB = ∫ dl = l 4π R dây 4π R an r BO μ.μ0 I (α ) 4π R α : radian Điểm đặt: Phương: đường thẳng vuông góc mặt phẳng (dây, 0) Chiều: quy tắc vặn nút chai r r I μ μ I B α Độ lớn: B0 = r 4π R I B cu u • ⎧ • r ⎪⎪ B0 ⎨ • ⎪ ⎪⎩ • r α r r Idl du on B= g th ϕ O r Vd4: Cho dây dẫn dài vô hạn có dòng điện I chạy qua uốn hình vẽ Tính BO r r r r BO = B1 + B2 + B3 ⇒ B0 = B2 + B3 ⇓ BO = ⊕ ⊕ μ μ0 I μ.μ0 I μ μ0 I π + (π + 1) = 4π R 4.π R 4π R I O    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 Vd5: r r r r r BO = B1 + B2 + B3 + B4 ⇒ B0 = B3 + B4 ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ μ μ0 I1 ⎧ ⎪⎪ B1 = 4π R α ⎨ ⎪ B = μ μ0 I ( 2π − α ) ⎪⎩ 4π R U AB = I1.ℜ1 = I ℜ A I I1 α B I O c om I2 co ng du on g th an ⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ l l = ρ I1 = ρ I ⎬ ⇒ B1 = B2 S S ⎪ ρ R ( 2π − α ) ⎪ R.α =ρ I1 = I ⎪ S S ⎪ ⎪ ⇒ I1.α = I ( 2π − α ) ⎪ ⎪ ⎪⎭ μ μ0 I ⎛ α⎞ sin 90 − sin ⎟ B3 = B4 = ⎜ α 2⎠ 4π R.cos ⎝ μ μ0 I ⎛ α⎞ ⇒ B0 = 2.B3 = sin 90 − sin ⎟ α ⎜⎝ 2⎠ 2π R.cos y X =0 cu ∫ dB R r μ.μ0 I dl R μ μ0 I R = dl ⇔ BY = ∫ 4π r r 4π r ∫ μ.μ0 I R μ.μ0 I S = = 2.r 2π r r r r μ μ0 r P = I S vớ i :Vecto moment từ BM = P m m 2π r ∫ dB = ∫ dB.sin α Y M h r r α ;sin α = O r Pm r R r Idl S    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com r dB r dBy u r Vd6: Vòng (0, R): xác định BM M cách O khoảng h trục r r r μ μ0 I dl × rr μ μ0 I dl I dl → M → dB = ; dB = r 4π 4π r r r vong → M → B = ∫ dB https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 8.4 Từ thông: I c om 8.4.1 Đường sức từ trường: a/ Định nghóa: r Đường sức B là1 đường cong mà tiếp tuyến điểm đường cong trùng r r phương với B , chiều đường sức chiều B b/ Tính chất: o Các đường sức từ trường không cắt o Đường sức từ trường đường cong khép kín o Tập hợp đường sức từ trường → từ phổ o Người ta quy ước vẽ số đường sức lên đơn vị diện tích tiết diện có giá trị = B I co ng r B r r B ∫ dS = (trường xoáy) cu u (S ) du on g th an 8.4.2 Từ thông: r Thông lượng vectơ B gửi qua diện tích dS r r r r B dφB = B.dS = B.dS cos α dS r o dφ > : B ñi r o dφ < : B vào 8.4.3 Định lý Gauss từ trường: a/ Phát biểu: r Thông lượng vecto cảm ứng B gửi qua mặt kín S b/ Công thức dạng tích phân, vi phân: r r B ∫ dS = , r divB = (S ) 8.5 Định lý ampe (định lý dòng điện toàn phần) r 8.5.1 Vectơ cường độ từ trường: H không phụ thuộc vào môi trường r r B A H= m μ μ r 8.5.2 Lưu số vectơ cường độ từ trường H dọc đường cong kín (C) a/ Định nghóa: r r r r r H dl = H dl cos H , dl ≠ ⇒ H : trường xoáy ( ) ∫ ( ) C ∫ ( )    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 8.5.3 Định lý Ampe: r a/ Phát biểu: Lưu số vectơ cường độ từ trường H dọc theo đường cong kín (C) (1 vòng) tổng đại số cường độ dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn đường cong ñoù n r r H d l = ∑ Ii ∫ i= Cường độ dòng điện có giá trị (+) dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn đường cong (C) có chiều theo chiều tiến vặn nút chai ngược lại; baèng r r H ∫ dl = I1 − I I2 r r H VD2: ∫ dl = I − I − I + I C ng I1 c om I3 co VD1: I2 I3 I1 ∫ r r r r rotH dS = ∫ J dS (S ) th r r r i j k r r r r r ∂ ∂ ∂ hay : rot H = ∇ × H = J với : rot H = ∂x ∂y ∂z u (S ) ∫ (S) g (C ) r r J dS du on ∫ r r H dl = an b/ Công thức định lý Ampe dạng tích phân vi phân: cu Hx H y Hz r c/ p dụng định lý Ampe để tính H cuộn dây hình xuyến M Chọn C (0, r) có chiều r hình vẽ: r r H ∫C H dl = C∫ H dl = H C∫ dl = H 2π r I ( ) ( ) ( ) M r dl ∗R1 < r < R2 : H 2π r = ∑ I i = + n.I ⇒ H n.I 2π r R ∗r < R1 : H 2π r = ⇒ H = r R ∗r > R2 : H 2π r = ⇒ H = Cho r , R1 , R2 → ∞ ⇒ cuộn dây thẳng dài vô hạn n (số vòng dây/m) ⇒ H = n0 I ⇒ từ trường (không phụ thuộc vào r) n0 = 2π r    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 8.6 Lực từ (lực Ampe): 8.6.2 p dụng: I0 ⊕r x an μ.μ0 I I 0.l0 ⇒ F0 = ∫ dF0 = B.I ∫ dl0 = B.I l0 = 2π x r FO l0 co dF0 = I dl0 B.sin 900 = I dl0 B r dFO r I dl0 I ng r r μ μ0 I ™ Dây đặt B dây dẫn dài vô hạn: B = 2π x a/ Đoạn dây I0 ,l0 đặt song song cách dây I khoaûng x: r r r r r I dl0 → B → dFO = I dl0 × B c om r r 8.6.1 Định nghóa: Một phần tử dòng điện I dl0 đặt từ trường B chịu lực từ: r r r r r * I dl0 → B → dFO = I dl0 × B r r ⎧ o Điểm đặt: I dl0 F r r ⎪⎪ o Phương: đường thẳng vuông góc mặt phẳng ( I dl ,) r 0 dF0 ⎨ B ⎪ o Chieàu: quy tắc bàn tay trái ⎪⎩ o Độ lớn: dF = I dl B sin α 0 I r r r * Nếu dây → B → FO = ∫ dFO b/ Đoạn dây I0 ,l0 đặt vuông góc dây I khoảng x:: μ μ I I dl0 dF0 = 2π x a + l0 dx μ μ I I ⎛ a + l0 ⎞ ln⎜ = ⎟ 2π x ⎝ a ⎠ a 1 1 x G = ∫ dm.x = dmg.x = ∫ dp.x = dF0 x ∫ m mg p F0 ∫ a + l0 ∫ a B μ μ I μ μ I I I dl0 x = l0 μ μ I I ⎛ a + l0 ⎞ 2π x 2π ln⎜ ⎟ 2π ⎝ a ⎠ l0 = ⎛ a + l0 ⎞ ln⎜ ⎟ ⎝ a ⎠ r ™ B đều: a/ Một đoạn dây thẳng: r r r r r I dl0 → B → dF0 = I dl0 × B ⇒ F0 = ∫ I dl0 B = B.I l0 I a r FO I0 r dFO r FO r dFO u F0 ⊕r cu = ∫ du on ⇒ F0 = ∫ dF0 = μ μ I I 2π g th B r I dl0 l0 r I dl0 l0 ⊕r B    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com I0 https://fb.com/tailieudientucntt Tóm tắt giảng Vật lý A1 x b/ Moät cung: r r F0 = ∫ dF0 −α F0 x = ∫ dF0 x = r B α ϕ F0 y = ∫ dF0 cos ϕ = ∫ I dl0 B.cos ϕ +α F0 y = B.I R ∫ cos ϕ dϕ = 2.B.I R.sin α r dFO −α F0 = 2.B.I R.sin α c om r F0 y r 8.7 Điện tích q chuyển động với vận tốc ϑ r Idl r Idl r B r FL r qϑ r B r FL cu u du on g th an co ( ) qϑ ng 8.7.1 Định nghóa: r Điện tích q chuyển động với vận tốc ϑ r coi tương đương dòng điện Idl r 8.7.2 Từ trường gây qϑ r r r r μ μ0 qϑ × r qϑ → M → Bq = r 4π r q ϑ 8.7.3 Lực Lorentz: r r r r r q.ϑ → B → FL = qϑ × B r r FL = qϑ.B.sin(qϑ , B) r qϑ r    ĐH Bách Khoa TP.HCM – Th.S TRẦN ANH TÚ  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .. .2 Tóm tắt giảng Vật lý A1 8.3 Từ trường: r 8.3 .1 Từ trường gây phần tử dòng điện I dl : r Phần tử dòng điện I dl tạo xung quanh từ trường người ta tính từ trường r r điểm M thông qua đại. .. tắt giảng Vật lý A1 Vd5: r r r r r BO = B1 + B2 + B3 + B4 ⇒ B0 = B3 + B4 ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ μ μ0 I1 ⎧ ⎪⎪ B1 = 4π R α ⎨ ⎪ B = μ μ0 I ( 2? ? − α ) ⎪⎩ 4π R U AB = I1.? ?1 = I ℜ A I I1 α B I O c om I2 co ng du... ∗R1 < r < R2 : H 2? ? r = ∑ I i = + n.I ⇒ H n.I 2? ? r R ∗r < R1 : H 2? ? r = ⇒ H = r R ∗r > R2 : H 2? ? r = ⇒ H = Cho r , R1 , R2 → ∞ ⇒ cuộn dây thẳng dài vô hạn n (số vòng dây/m) ⇒ H = n0 I ⇒ từ trường