Từ trường B
M ột từ tr ư ờ n g B được định nghĩa theo lực Fg tác d ụ n g lên m ột đ iện tích thử q chuyển động trong trường với vận tốc V :
F b = q \ X B. (30-6)
Dơn vị đo B trong hệ SI là t e s la (T)
(1T = 1 N/A.m — 104 gauss) Hiệu ứng Hall
Khi m'Ợt giải v ậ t đ ẫ n chiều đày là l cđ dòng điện ỉ c h ạy qua, và đ ặ t tro n g từ trường Ẹ, thì một số hạt tải điện (ctí điện tích e) bị đẩy vổ hai cạnh của vật dần n h ư đ ã m inh họa t r ê n hình 3 0-1 0 . Một hiệu điện t h ế V h ìn h th à n h g iữ a hai cạnh của. giải. v ậ t . d ẫ n . .Chiổu c ủa .V cho biết d ấ u - c ủ a h ạ t tả i điện, còn m ậ t độ h ạ t tải- điện thl cd th ể tính được theo công thức :
Bi
\ n = We
MỘI hạt tích điện chuyển dộng trong từ trưừng
(30-15)
Một hạt tích điện, khối lượng m, điện lượng q, chuyển động với vận tốc V vuồỉỉg gdc với từ trường B, sẽ vạch một đường tròn bán kính bàng :
r = —^ (bán kính). (30-17)
(ỊỈS
Tấn số quay vòng f, tẩn số góc cu, và chu kỉ T của nđ liên hệ với nhau bằng cấc hệ thức :
f - — - — -
2ĩi ~ T ~ 2jim
(T ần số, chu kỉ). (30-20, 3 0 -1 9 , 30-18) Xiclôtrôn và xanhcrôlrôn
X iclôtrôn là m ộ t m á y gia tốc hạt. Nđ d ù n g từ trư ờ n g đ ể giữ h ạ t tích điện trê n m ộ t quỹ đạo trò n, sao cho m ột th ế gia tốc nhỏ, tá c d ụ n g lặp lại n h iể u lấ n trê n h ạ t
tích điện có th ể cung cấp cho nố một n ă n g lượng tổ n g cộng lớn. Vỉ khi tốc độ của h ạ t tả n g đến gấn tốc độ của ánh sáng, h ạ t chuyển động không đổng bộ với m áy phá t dao động của má y gia tốc, nên n ă n g lượng tạo n ê n được bời xi clôtrôn co' m ộ t giới hạn trên. X a n h c rô trô n cho t a trá n h được nhược điểm ấy. Trong m á y này, cả từ trường B lẫn tẩ n số dao động f đễu biến đổi tu ẩn hoàn theo chư ơng trìn h kh iến cho h ạ t chỉ cần c h u y ển động trê-n một quỹ đạo cd bán kính không đổi c ũ n g th u được n ã n g lư ợn g lớn.
Lực từ tác dụng lên dòjĩR điện
Một sợi dây điện th ẳ n g có dòng điện i chạy qua, đ ặ t tro n g từ trư ờ n g đểu chịu tác dụng của m ột lực b ằ n g :
F B = iL X B. ( 3 0 -2 5 )
Lực tá c d ụ n g lên yếu tố dòng điện id h đặt tro n g từ trư ờ n g là :
đ F B = i d L X B . ( 3 0 -2 6 ) Chiều của nguyên tố độ dài đ L là chiéu của dòng điện i,
• Ngẫu lực tác dụng lên cuộn dây có dòng điện chạy quci
Một cuộn dây co dòng điện chạy qua (diện tích A, dòng điện i, số v ò n g N ) đ ậ t trong m ột từ trư ờng đểu B chịu tác dụng m ột m ôm en ngẫu iực X cho bởi cô n g th ứ c
X = ỊI X B. ( 3 0 -3 2 )
ở đây ị i là m ô m en lưỡng cực từ của cuộn dây, cổ độ lớn fẨ = N iA và cđ chiều xác định b ằ n g quy tá c bàn tay phải. N gẫu lực này là nguyên lý v ậ n h à n h c ủ a đ ộ n g cơ điện và của vôn kế, a m pe kế tương tự. T h a n h nam châm, p h ân tử, n g u y ê n tử , các h ạ t cơ b ả n (ê le ctrô n , p r ô tô n , n ơ tr ô n V.V..) đẽu cổ n h ữ n g tí n h c h ấ t c ủ a l ư ỡ n g c ự c từ .
Nấng lượng định hướng cùa lưỡng cực từ
T h ế n â n g t ừ c ủa m ộ t lưỡng cực từ đ ặ t tro n g từ trư ờ n g ì à : U(d) = -
CÂU HỎI
I I
1 - Ttong ba vectơ ở phương trình Fg = q v X B ? cập nào luôn vuông góc' với nhau, cặp nào ctí th ể lập với nhau một gdc tùy ý ?
2 - Tái sao ta khồng định nghĩa một cách đơn giản chiêu của vectơ từ trường B như là chiêu của lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển độiỊg.
3 - Giả sử bạn đang ngổi trong một cán phòng, cịuay lưng vé bức tư ờng phía sau : một chùm ẽlectrôn bay ngang từ phía sau ra phía trước, và bị lệch về bên tay phải. Hãy xác định phương của từ trường đéu ở trong buổng.
4 - Làm tỊiế nào đ ể chứng tò được rằng lực tương, tốc giữa hai nam ch&m khống phải lực tĩnh điện ?
5 - N ếu một ẽlectrôn không'bị lệch đường khi nđ đi qua m ột xniển trong không gian, ta có dám đảm bào là tại đó khổng ctí từ trường khổng ?
A
(30-3Ổ)
6 - N ếu m ột êlectrôn chuyển động bị lệch khi đi qua m ột m iên không gian nào đó, liệu ta cổ dám nđi chác là tại m iển đtí cd từ trường ?
7 - M ột chùm êlectrôn có t h ể làm lệch đường b ằn g điện trư ờ n g hoặc từ trư ờng.
Cách nào làm lệch tốt hơn ? Cách nào dễ làm hơn ?
8 - Một hạt tích điện chạy qua một từ trường và bị lệch hướng. Như vậy đã có m ột lực tác dụng lên nd làm thay đổi động lượng của nổ. ở đâu có lực là ở đđ có phản lực. Vậy phản lực trong trường hợp này tác dụng lên đối tự ợng nào ?
9 - Tưởng tượng ràng chúng ta đang ngổi .trong một căn buổng cđ từ trường đểu mà vectơ B hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới. Hai êlectrôn bất thẩn được p h á t ra, từ giữa buổng theo phương ngang, với tốc độ n h ư n h a u n h ư n g t r á i chiểu nhau.
a) Mô tả chuyển động của chúng.
b) Mô tả chuyển động trong trường hợp một hạt ỉà êlectrôn, m ột hạt là pôditrôn tứ c là ê le c tíô n tích đỉện dương (Các h ạ t này bay chạm d ẩ n vì c h ú n g bị va chạm với các p h â n tử khững khí tro n g phòng).
10 - Trôn hình 30 - 6, tại sao êlectrôn và pôditrôn lại đi theo đường xoán ốc ? Ctí n g h ĩa là b á n kính cong của quỹ đạo lại th ay đổi khi từ t r ư ờ n g t r o n g p hòng khổng thay đổi ?
11 - Chức nàng cơ bản của a) điện trường,
b) từ trưòng
trong máy xiclồtrôn là gì ?
12 - Đo đâu mà xiclôtiôn cđ thé hoạt động được ? (k h i trả lời, khống cẩn xét theo q u a n điể m c ủ a th u y ế t tư ơ n g đổi).
13 - Một sợi dâỵ đÔXỊỊỊ, chui ra từ một bức tường, chạy quạ phòng, và chui vào ph ía tư ờ n g đối diện. L à m t h ế nào đ ể n h ậ n biết t r ẽ n d&y cổ d ồ n g đ iộ n chạy q u a hay khOng ? H ã y trỉnh bày mọi cách mà bạn có th ể nghĩ ra được. c<5 th ể dùng mọi dụng cụ thỉch hợp, nhưng không được phép cất đây. .
14 - Trong tiết 3 0 -7 , ta đ&.thấy từ trường B tác dụng m ột lực từ lên các ẽlectrôn dẫn trong d&y đổng có đòng điện i chạy qua. Ta đa ngắm xem như lựG đổ cũng chính là lực tác dụng lên dây đản. Tròng lập luận này ta cổ quên điều gỉ khổng ? N ếu cổ, h&y bổ s u n g th ỗ m n h ữ n g điéu ây.
15 - Một dòng điện -đặt trong từ trường chịu tốc dụng của m ột lực. N hư vậy ta cố th ể bờm m ột chất lỏng dẫn điện bằng cách cho dòng điện chạy qua chất lòng theo m ộ t hư ớ n g thích hợp, v à cho c h ấ t lòng đi q u a m ộ t từ trư ờ n g . H ã y t h i ế t kế m ột m áy bơm như vậy. N gu yên lí này đượe d ù ng đ ể bơm n a tri lỏ n g (m ột ch ấ t dỗn điện nhưng rất hay ân mòn) trong lò phản ứng hạt nhân - (ở đây nố được đùng như m ột chất làm nguội). Loại bơm này cổ những ưu điểm gi ?
16 - Một máy bay đang bay nằm ngáng y ể hướng tây, qua thành phố M assachusetts.
Từ trư ờ n g Trái Đ ấ t hư ớ n g x u ổn g phía dưới đường c h ân trờ i và v é p h ư ơ n g bắc. Do tá c d ụ n g củ a lực từ lẽn các êlectrÔTi tự dọ nằ m trọ n g c á n h m áy b a y m à một, đ ắ u cánh cd nhiều ẽlectrỗn hơn đắu kia. Hỏi đđ ỉà đẩu cánh nào ? (phải hay trái). Nếu m áy bay bay vé hướng đông thl kết quả cò khác không ?
17 - Một dây dẫn, ngay cà khi cđ dòng điện chạy qua, thỉ cũ n g t r u n g h ò a điện.
Vây tại sao từ trư ờ n g lại tác dụng được lực lên đđ ?
18 - Bạn m uốn sửa m ột điện kế (xem bài tậ p m ẫu 30-8) đ ể biến nđ th à n h a) m ộ t a m p e kế,
b) một vôn kế.
Hỏi phải làm t h ế nào tro n g từ n g trư ờn g hợp ?
19 - Một k h u n g dây hỉnh chữ n h ậ t có dòng điện chạy qua, đ a n g được đ ịn h h ư ớ n g tùy ý trong từ trư ờ n g n goài. Tính công cần th iết để quay hoàn toàn k h un g đđ quanh một trục vuông gđc với m ặ t của nđ ?
20 - Phư ơng t r ì n h 3 0 -3 2 (Tf = ịL X B) cho biết nếu gđc giữa tr ụ c của k h u n g và trường ngoài là a /0° hoặc b/180°, thl không có m ômen n g ẫu lực n à o tá c d ụ n g lên khung. Hãy biện lu ậ n vể tính c h ất của tr ạ n g thái cân b ằ n g tr o n g hai tr ư ờ n g hợp đó (cân bằng bền, hoặc k hông bẽn, hoặc phiếm định ?)
21 - Trong bài toán m ẫ u 30 -9, ta đã chứng m inh rằ n g công cấn th iế t đ ể q u ay ngược hẳn m ộ t k h u n g dâ y cổ dòng điện chạy qua t r o n g t ừ t r ư ờ n g ngoài là 2 ụ B . Kết quả này có ph ụ thuộc vào định hướng ban đấu của, k h u n g dây k h ôn g ?
22 - Tưởng tư ợ n g rằ n g tro n g buồng m à bạn đ ang ngổi cổ m ộ t từ t r ư ờ n g đều hướng theo chiêu th ẳ n g đ ứ n g từ dưới lên trê n . Xét một vòng dây điện tr ò n , m ặ t của nổ nằm n g a n g . H òi nếu nhln từ trên su ố n g thỉ chiéu của d òn g điện tr o n g v òn g dây đổ phải th ế nào, đ ể cho nđ nằm cân bằng bén dưới tác d ụ n g c ủa lực và n g ẫ u lực từ ?
23 - Momen n g ẫ u lực m à từ trư ờ n g tác dụng lên m ột lưỡng cực từ có t h ể sử dụng để đo cường độ c ủ a từ trường. Để cho phép đo chính xác, cđ c ầ n lư ỡ n g cực từ đổ phải nhỏ không ? Nhớ lại rằng trong trường hợp đo điện trường, điện tích thừ phải càng nh ỏ c àn g tố t để không làm nhiễu nguồn sinh r a trư ờ n g n g u y ê n thủy.
24 - Người ta đưa cho bạn một quà cấu nhẵn kích thước cỡ quả bđng bàn, và được thông báồ là nổ chứa một lưỡng cực từ. Hỏi bạn phảỉ làm những th í nghiệm như th ế nào để t ỉm được chiểu và độ lớn của m ôm en lưỡng cực từ của nổ.