Dạng tích phân : SB.dS 0 (5.36)
Phát biểu: Từ thông toàn phần gửi qua một mặt kín bất kỳ thì bằng không. Dạng vi phân: divB0 (5.37)
Định lý này diễn tả tính khép kín của các đường sức từ: người ta nói từ trường là trường không có nguồn.
2.2. Dao động điện từ
Về bản chất, dao động điện từ là thể hiện sự biến đổi tuần hoàn theo thời gian của các đại lượng điện và từ như điện tích trên bản tụ điện, cường độ dòng điện trong mạch điện xoay chiều, hiệu điện thế giữa hai đầu một ống dây điện, điện trường và từ trường trong không gian… Tùy theo cấu tạo của mạch điện, dao động điện từ trong mạch cũng chia ra : dao động điện từ điều hòa, dao động điện từ tắt dần và dao động điện từ cưỡng bức.
34
2.2.1. Dao động điện từ điều hòa
a. Hiện tượng
Ta xét một mạch điện gồm một tụ điện có điện dung C và một cuộn dây có hệ số tự cảm L. Coi điện trở của toàn mạch không đáng kể. Trước hết, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của một bộ acquy để tích điện cho tụ điện. Sau đó ta ngắt bỏ acquy và đóng khóa K của mạch dao động lại. Trong mạch dao động sẽ xuất
hiện một dòng điện xoay chiều. Sự biến thiên theo thời gian của cường độ dòng điện xoay chiều, cũng như của điện tích trên tụ điện, hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện… có dạng hình sin với biên độ không đổi. Vì vậy loại dao động điện từ này được coi là dao động điện từ điều hòa. Mạch có tụ điện điện dung C và ống dây có hệ số tự cảm L được gọi là mạch dao động LC. Mặt khác, ngoài sự nạp điện lúc ban đầu cho tụ điện C, dao động điện từ điều hòa chỉ do mạch dao động quyết định, không có sự tham gia của các yếu tố bên ngoài. Vì vậy dao động điện từ điều hòa đó còn được gọi là dao động điện từ riêng.
Quá trình hình thành dao động điện từ điều hòa trong mạch LC như sau. Giả sử ở trạng thái ban đầu, khi hai bản của tụ điện đã được nạp điện, điện tích của tụ điện là qo, hiệu điện thế giữa hai bản là Uo = qo/C, năng lượng điện trường của tụ điện là :
2 1 W . 2 o o q C
Khi đóng khóa K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua cuộn dây L. Dòng điện do tụ điện phóng ra phải tăng từ giá trị không trở lên. Dòng điện này gửi qua cuộn dây L một từ thông tăng dần. Trong cuộn dây L phải xuất hiện một dòng điện tự cảm. Theo định luật Lenx, dòng điện tự cảm này phải ngược chiều với dòng điện do tụ điện phóng ra. Kết quả là, dòng điện tổng hợp I trong mạch phải tăng dần từ giá trị không đến giá trị cực đại Io. Còn điện tích q của tụ điện thì giảm dần từ giá trị cực đại qo. Về mặt năng lượng thì năng lượng điện trường của tụ điện,
2 1 W 2 e q C
35
dây, 1 2
W 2
m LI sẽ tăng dần. Vậy đã có sự chuyển hóa dần năng lượng diện trường thành năng lượng từ trường.
Khi tụ điện C phóng hết điện (q = 0), năng lượng điện trường We = 0, dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại Imax = Io , năng lượng từ trường của ống dây L cũng đạt giá trị cực đại 2
ax
1 W
2
mm LIo . Sau đó, vì tụ điện C không còn tác dụng duy trì dòng điện nữa, nên dòng điện do nó phóng ra bắt đầu giảm. Nhưng liền khi đó, trong cuộn dây L lại xuất hiện một dòng điện tự cảm cùng chiều với dòng điện do tụ điện phóng ra. Kết quả là, dòng điện tổng hợp I trong mạch phải giảm dần (bắt đầu từ giá trị Io). Trong quá trình biến đổi này, cuộn dây L đã đóng vai trò của một nguồn điện nạp điện lại cho tụ điện C ; nhưng theo chiều ngược với trước. Điện tích q của tụ điện lại tăng dần từ giá trị không đến giá cực đại qo. Về mặt năng lượng thì năng lượng từ trường của cuộn dây sẽ giảm dần, còn năng lượng điện trường của tụ điện sẽ tăng dần. Vậy đã có sự chuyển hóa dần từ năng lượng từ trường thành năng lượng điện trường.
Khi cuộn dây L đã giải phóng hết năng lượng từ trường (I=0) thì điện tích của tụ điện C lại đạt giá trị cực đại qmax = qo nhưng đổi dấu ở hai bản, năng lượng điện trường lại đạt giá trị cực đại
2 1 2 o e q W C .
Từ đây, toàn bộ quá trình biến đổi trên lại được tái diễn : tụ điện C lại phóng điện, nhưng ngược chiều ban đầu, để cuộn dây L tích năng lượng, cuộn dây L lại giải phóng năng lượng để tụ điện C được nạp điện. Cuối cùng, mạch dao động trở về trạng thái ban đầu và một dao động điện từ toàn phần đã được thực hiện.