TỪ TRƯỜNG của DÒNG điện KHÔNG đổi (vật lý 2 SLIDE)

TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI I TỪ TRƯỜNG & TƯƠNG TÁC TỪ Vào năm 1820, giáo sư vật lý người Đan mạch Hans Christian Oersted, buổi giảng cho sinh viên, tình cờ phát rằng, kim la bàn bị lệch có dịng điện chạy qua gần Đầu thế kỉ 19, nhà vật lý Ampère cũng khám phá hai dây dẫn song song đặt gần có dòng điện qua cũng sẽ tương tác với nhau: nếu hai dòng điện cùng chiều hút nhau, sẽ đẩy nếu hai dòng điện ngược chiều sẽ không tương tác nếu chỉ hai có dòng điện I≠0 I=0 S N N S I TỪ TRƯỜNG & TƯƠNG TÁC TỪ Quan sát thực tế chúng ta thấy: dây dẫn chỉ tương tác với có dòng điện, nghĩa có điện tích chuyển động mới có tương tác Nam châm chỉ tương tác với dây dẫn có dòng điện qua, nghĩa cũng phải có điện tích chuyển động Các nam châm tương tác được với nhau: nam châm cũng có dòng điện khép kín  Như vậy tương tác từ về bản chất chính là tương tác giữa các hạt mang điện tích chuyển động ở khỏang cách xa I1 N I2 I1 S I=0 I≠0 S N I2 N S I TỪ TRƯỜNG & TƯƠNG TÁC TỪ Giải thích điều này: Các nhà khoa học cho hạt mang điện chuyển động sẽ sinh xung quanh nó trường lực, sau được gọi từ trường, chính từ trường đã chỉ tương tác với các hạt mang điện khác chuyển động I TỪ TRƯỜNG & TƯƠNG TÁC TỪ TỪ TRƯỜNG: Từ trường dạng vật chất tồn xung quanh hạt mang điện chuyển động chỉ tác dụng lực từ lên hạt mang điện chuyển động nó Tính chất bản: Chỉ tác dụng lực lên hạt mang điện tích chuyển động, không tác dung lực từ lên hạt mang điện đứng yên Luôn tồn xung quanh hạt mang điện tích chuyển động  Từ trường được đặcB trưng đại lượng vectơ được ký hiệu : Vectơ cảm ứng từ I ĐỊNH LUẬT BIOT - SAVART VECTƠ PHẦN TỬ DÒNG ĐiỆN Chia đọandây dẫn có dòng điện I chạy qua thành nhiều đọan nhỏ vi phân Idldl, Ký hiệu được gọi vectơ phần tử dòng điện: Có phương chiều phương chiều dòng điện I, giá trị Idl r r LUẬT PHÁT BIỂU ĐỊNH r àà0 Idl ì r dB = r3 r I M r I  r : Vectơ xác định vị trí điểm M đối với vectơ phần tử dòng điện µ = 4π 10 −7 H m số từ µ : độ từ thầm môi trường ( ) I ĐỊNH LUẬT BIOT - SAVART Ta thấy:   dB vng góc với Idl điểm M, có độ lớn: dB = µ0 Idl sin θ 4π r    Từ trường tổng cộng điểm tổng vectơ (hay tích phân) trường yếu tố dòng (phần tử dòng điện) riêng rẻ gây điểm r r r r Idl ì r B = dB = ∫ 4π r tích phân lấy tồn dây có dịng điện I chạy qua    Nếu điểm có cảm ứng từ gây nên nhiều dòng điện, thì vectơ cảm ứng từ tổng hợp điểm tổng vectơ cảm ứng từ gây dòng điện riêng lẻ ur uu r uur uur uur uu r B = B1 + B2 + B3 + + Bn = ∑ Bi  dB  r θ M  Idl I ĐỊNH LUẬT BIOT - SAVART  Cảm ứng từ B dòng điện thẳng  Cho dòng điện I chạy qua dây dẫn thẳng, tìm B M  dB M có chiều chiều thuận dịng điện độ lớn: dB = µ Idl sin θ 4πr dB = BA1 A2 = với A2 ∫ dB = A1 I O h hdα r= ; dl = cos α cos α µ0 I cos αdα 4πh h  Idl θ  r α1 α2 A1 Mp chứa dòng điện M α2 µ0 I µ0 I cos α d α = ( sin α + sin α1 ) ∫ 4π h α1 4π h µ0 I BA1 A2 = ( sin α + sin α1 ) 4π h π π α1 = + & α2 = 2 A2 + BA1 A2 = µ0 I 2π h M α  dB I ĐỊNH LUẬT BIOT - SAVART  Cảm ứng từ B dòng điện tròn Độ lớn cảm ứng từ phần tử dòng điện Idl gây tâm O µµ0 Idl dB = 4π r l = Rϕ ⇒ dl = Rdϕ ϕ :0 →θ µµ0 I B= θ 4π R II VÉC TƠ CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG ur uu r B H= µµ0 Ý nghĩa vật lý: đặc trưng cho từ trường riêng dòng điện gây ra, hồn tồn khơng phụ thuộc vào môi trường chứa dòng điện r III ĐƯỜNG SỨC CẢM ỨNG TỪ B Để mô tả hình ảnh từ trường, người ta đưa khái niệm đường sức từ trường Đường sức cảm ứng từ đường cong vẽ từ trường cho tiếp tuyến điểm trùng với phương vectơ cảm ứng từ điểm  Chiều : chiều vectơ cảm ứng từ  Số đường sức qua đơn vị diện tích vng góc với đường sức cảm ứng từ độ lớn vectơ cảm ứng từ điểm B= dN (17) dS n ĐỊNH LÝ GAUSS ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG Từ Thông :  B Xét mặt kín S từ trường bất kỳ, có vô số đường sức qua S, chia mặt S thành diện tích nhỏ dS cho từ trường dS thay đổi không đáng kể => từ trường đều Theo định nghĩa, Từ thông  qua dS: dΦ m = BdS = BdS cos α (18) dSn: hình chiếu dS lên mặt phẳng vuông góc với đường sức cảm Từ thông qua dS có giá trị dS n =từ: dS cos α (19) ứng âm/dương phụ thuộc vào  chiều vectơ pháp tuyến : n dΦ m = BdS n   Φ m = ∫ BdS Do đó:  Từ thông qua tòan n mặt S: S (20)   Φ m = ∫ BdS (21) S Nếu S mặt kín, hướng ngòai mặt S: Đơn vị từ thông SI: Weber(Wb)  ĐỊNH LÝ GAUSS ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG B Định lý Gauss: Xét mặt kín S từ trường, chia mặt S thành mặt S1       S2 ∫S BdS = S∫ BdS1 + S∫ BdS (22) Từ thông qua mặt kín S:  n được chọn hướng ngòai mặt S=>Từ thông dương ứng với đường     sức cảm ứng S1 >khỏi & mặt từ thông âm ứng với đường sức ∫S Bdra ∫S BdSS2   ∫ BdS S2 (24) PHÁT BIỂU: Từ thông qua mọi mặt kín đều không (S) (S1) (S2) (C)  B (dS2)  dS1 (dS1)  dS  B ĐỊNH LÝ AMPÈRE Lưu số vectơ cảm ứng từ: Xét đường cong kín (C) từ trường  cảm ứng từ điểm M ∈(C) Theo B bất kỳ,  : định nghĩa, đại lượng L = Bdl ∫ C  lưu số vectơ cảm ứng từ B dọc theo đường cong kín (C) từ trường Định lý dòng tòan phần:  a Phát biểu: Lưu số véctơ cảm ứng Btừ dọc theo đường cong kín tổng đại số cường độ dòng điện qua diện tích giới hạn đường cong nhân cho µ0:   L = ∫ Bdl = µ ∑ I i C i (C)  dl M  B ĐỊNH LÝ AMPÈRE C Áp dụng định lý dòng tòan phần Khi từ trường có tính chất đối xứng, áp dụng định lý để dễ dàng xác định vectơ cảm ứng từ  Từ trường cuộn dây hình xuyến  B Giả sử cuộn dây gồm N vòng có I chạy qua Do tính đối xứng, mọi điểm (C) tâm O bán kính r đều có giá trị nhau, có phương tiếp xúc với (C), chiều hình vẽ   Ta có: ∫ Bdl = µ NI ⇒ B 2πr = µ0 NI C hay: B= µ NI 2πr B = nµ I N n = Trong đó, 2πr số vòng dây đơn vị chiều dài đường tròn Ở ngòai cuộn dây (rR2) từ trường không  B ĐỊNH LÝ AMPÈRE C Áp dụng định lý dòng tòan phần  Từ trường ống dây điện dài Ống dây thẳng dài vô hạn có thể xem cuộn dây điện hình xuyến có bán kính lớn R =vô R cùng: ≈∞ Do đó cảm ứng từ mọi điểm bên ống dây đều bằng: B = nµ I ĐỊNH LUẬT AMPÈRE   Xét tử dòng điện I dl Idl   hai phần  cách khỏang r cảm I dtừ l dB ứng tạo vị trí Idl phần tử được xác định từ định luật Biot-Savart:r r à0 I dl0 r dB = ìr 4π r   Id l dB từ Phần tử dòng điện  được đặt nơi có vectơ cảm ứng dF từ tác dụng lực xác định sau:    dF = Idl × dB ( ) Idl ì I dl × r dF = 4π r3  ddF F gọi lực Ampère   Id l Như vậy: phần tử dịng điện đặttại nơi có B chịu tác dụng lực ampere dF    dF = Idl × B I0  I dl α nên chịu  I dB  r  Idl  dF ĐỊNH LUẬT AMPERE   Vectơ dF vuông góc với mp chứa Idl  vàB  , có chiều cho ba Id vectơ l B theo thứ tự hợp thành tam diện thuận có độ lớn:  α: góc hai vectơIdl dF = IdlB sin α  B I Áp dụng định luật Ampere tính lực tương tác hai dòng điện thẳng dài vô hạn có cường độ không đổi I1 I2 chạy qua d: khỏang cách  dòng điện Cảm ứng từB1 dòng điện I1 tạo điểm I2 có phương vuông góc với mặt phẳng µ I1 dòng điện có độ lớn: B1 =  Idl  dF  B 2πd + Lực dòng điện I1 tác dụng lên đơn vị chiều dài dòng I2 có phương nằm mp dòng điện, có chiều hướng về phía I1 nếu dòng điện cùng chiều, có chiều hướng xa I1 nếu dòng điện ngược chiều, có độ lớn: µ II F21 = I B1 = 2πd  +LựcF12 dòng điện I tácdụng lên đơn vị chiều dài F dòng I1có cùng độ lớn với21  ,dF ,cùng phương, ngược chiều I2 I1  F12  B2  F21 d  B1 ... Idl θ  r α1 ? ?2 A1 Mp chứa dòng điện M ? ?2 µ0 I µ0 I cos α d α = ( sin α + sin α1 ) ∫ 4π h α1 4π h µ0 I BA1 A2 = ( sin α + sin α1 ) 4π h π π α1 = + & ? ?2 = 2 A2 + BA1 A2 = µ0 I 2? ? h M α  dB... µµ0 Ý nghĩa vật lý: đặc trưng cho từ trường riêng dòng điện gây ra, hồn tồn khơng phụ thuộc vào môi trường chứa dòng điện r III ĐƯỜNG SỨC CẢM ỨNG TỪ B Để mô tả hình ảnh từ trường, người... Bdra ∫S BdSS2   ∫ BdS S2 (24 ) PHÁT BIỂU: Từ thông qua mọi mặt kín đều không (S) (S1) (S2) (C)  B (dS2)  dS1