vẬt lÝ ĐẠi cƢƠng 1

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƢ

BỘ MÔN VẬT LÝ

VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 1

Chương 8: TỪ TRƯỜNG

1. Khái niệm từ trƣờng

2. Cảm ứng từ của các dòng điện

3. Đƣờng cảm ứng từ - Từ thông.

4. Các định lý quan trong về từ trƣờng.

5. Lực từ tác dụng lên dòng điện.

6. Điện tích chuyển động trong từ trƣờng.

7. Công của lực từ.

1. KHÁI NIỆM TỪ TRỪỜNG

a. Tƣơng tác từ - Từ trƣờng:

Tƣơng tác từ: là tƣơng tác giữa dòng điện với dòng

điện, giữa dòng điện với nam châm hoặc giữa các nam

châm.

Từ trƣờng là môi trƣờng vật chất xung quanh các

dòng điện và tác dụng lực từ lên các dòng điện khác

đặt trong nó.

b. Vectơ cảm ứng từ, vectơ cƣờng độ từ trƣờng:

Đơn vị đo cảm ứng từ B là T (tesla).

Mỗi điểm trong từ trƣờng đƣợc đặc trƣng bởi vectơ

cảm ứng từ và vectơ cƣờng độ từ trƣờngB

H

0

BH

Đơn vị đo cƣờng độ từ trƣờng H

là A/m (ampe trên mét).

1. KHÁI NIỆM TỪ TRỪỜNG

a. Định luật Biot – Savart - Laplace:

0

3d B (Id x r )

4 r

Vectơ cảm ứng từ gây bởi một

phần tử dòng điện:

O Id

r

dB

M

0

2

IddB .sin

4 r

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

dB

vuông góc với mp chứa phần tử dđ

và điểm khảo sát.theo qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải.

tại điểm khảo sát.

2. CẢM ỨNG TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN

b. Nguyên lý chồng chất từ trƣờng:

dd

B d B

Vectơ cảm ứng từ gây bởi một

dòng điện bất kì:

dB

M

Id

r

II

Vectơ cảm ứng từ gây bởi

nhiều dòng điện:

i

i

B B

B

1B

2B


c. Vectơ cảm ứng từ của dòng điện thẳng:

dd

B d B

Mh

A

B

Id

r

dB

+

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

B

0

2

dd dd

Id .sinB dB

4 r

01 2

IB (cos cos )

4 h

1

2

Vuông góc với mp chứa dđ và

điểm khảo sát

Qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải

Tại điểm khảo sát.

2

h.d hh.cot d ; r

sin sin


01 2

IB (cos cos )

4 h

Mh

A

B

B

+

1

2

0I

B2 h

Nửa đt

0I

B4 h

B 0

M thuộc

đthẳng

chứa dđ

I

AB

M

IA B

M

IM

B

A

I


O

h

R

M

I

d. Vectơ cảm ứng từ của dòng điện tròn:

dd

B d B

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

B

0n 2

dd dd dd

IdB dB dB.cos .cos

4 r

2

0

2 2 3/2

IRB

2(R h )

Là trục của vòng dây

Qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải

Tại điểm khảo sát.

t n

dd dd

dB dB

n

dd

d B

td B

nd B

dB

r


2

0

2 2 3/2

IRB

2(R h )

O

h

R

M

I

B

Tại tâm O0

O

IB

2R

2

O Cung tròn chắn

góc ở tâm 2:

0O

IB .

2R

Mômen từ của dòng điện tròn:

mp I S

mp

Có phƣơng vuông góc mp dòng điện; có chiều

xác định theo qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải.

mp ISHay:

mp


e. Cảm ứng từ trong lòng ống dây điện:

0 0

NB nI . .I

L

n: mật độ vòng dây (số vòng quấn trên mỗi mét chiều dài).

Soneloid

Toroid


3. ĐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG

a. Đƣờng cảm ứng từ (đƣờng sức từ):Là đƣờng mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với

phƣơng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. Chiều của

đƣờng cảm ứng từ là chiều của B


Đặc điểm của các đƣờng cảm ứng từ:•Các đƣờng cảm ứng từ

không cắt nhau.

•Mật độ các đƣờng cảm ứng

từ tỉ lệ với độ lớn của

•Đƣờng cảm ứng từ là đƣờng

khép kín, đi ra ở cực N, đi

vào cực S của nam châm.

•Tập hợp các đƣờng sức từ

gọi là từ phổ. Từ phổ cho biết

sự phân bố từ trƣờng một

cách trực quan.

B

dS

b. Từ thông:Từ thông gửi qua yếu tố diện tích dS là

d S n.dS

SdBcosBdSd m

n

B

Từ thông gửi qua một mặt (S) bất kì:

m

(S)

Bd S

(S)B

n

Mặt kín thì hƣớng ra ngoài.

Đơn vị đo từ thông là vêbe (Wb)


m

(S)

Bd S

Ý nghĩa: Từ thông cho biết số đƣờng sức từ gửi qua

mặt (S).

m BS.cos Từ thông của từ trƣờng đều gởi

qua một diện tích phẳng.

m BS m 0


4. CÁC ĐỊNH LÝ QUAN TRỌNG VỀ TỪ TRƢỜNG

a. Định lý O – G (đl Gauss):

Từ thông gửi qua một mặt kín bất kì thì luôn bằng không

Ý nghĩa:

• Không tồn tại các “từ tích”.

• Đƣờng cảm ứng từ phải là đƣờng khép kín.

• Từ trƣờng là trƣờng xoáy.

(S)

Bd S 0

divB 0

Hay

b. Định lý Ampère (đlý dòng toàn phần):Lƣu số của vectơ cƣờng độ từ trƣờng dọc theo một

đƣờng cong kín bất kì thì bằng tổng đại số các dòng điện

xuyên qua diện tích giới hạn bởi đƣờng cong kín đó.

k

k(C)

Hd I

rot H j

Hay I1I2

I3

(C)

k 1 2 3

k(C)

Hd I I I I

Qui ƣớc: dòng nào tuân theo

qui tắc đinh ốc sẽ có dấu +.

4. CÁC ĐỊNH LÝ QUAN TRỌNG VỀ TỪ TRƢỜNG

5. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN

a. Công thức Ampère:Lực từ tác dụng lên một phần tử

dòng điện: d F [Id ,B]

Id

B

d F

dF BId .sin

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

d F

vuông góc với mp chứa phần tử

dđ và vectơ cảm ứng từ.theo qui tắc bàn tay trái.

tại phần tử dđ.

Lực từ tác dụng lên một dòng điện bất kì: dd

F d F

b. Từ trƣờng đều tác dụng lên dđ thẳng:

F BI .sin

vuông góc với mp chứa dđ và vectơ

cảm ứng từ.theo qui tắc bàn tay trái.

tại trung điểm của dđ.

I

B

F

dd

F d F I( x B)

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

F

F 0

I B

F BI

I B


c. Tƣơng tác giữa 2 dđ thẳng song song:

0 1 2F I If

2 d

Hai đđ // cùng chiều thì hút, ngƣợc chiều thì đẩy nhau.

I1 I2 I1 I2

Lực tƣơng tác trên mỗi mét chiều dài:

d


B

I

I

I

I

d. Từ trƣờng đều tác dụng lên khung dây:

TH1: Mặt phẳng khung dây vuông góc với đƣờng sức từ:

+B

1F

2F

3F

4F

I

I

I

I

Lực từ có xu hƣớng làm khung dây bị biến dạng

1F

2F

3F

4F


mM p x B

Lực từ làm quay khung dây.

TH2: Mặt phẳng khung dây không vuông góc với đƣờng

sức từ:

Mômen của lực từ:

mM p .B.sin BIS.sin


6. CÔNG CỦA LỰC TỪ

+ B

I

dx

F

mA Fdx BI .dx BIdS I.d

mA I.

7. ĐIỆN TÍCH CĐ TRONG TỪ TRƢỜNG

a. Lực Lorentz:

LF q[v,B]

LF | q | B.v.sin

• Có phƣơng:

•Có chiều:

• Độ lớn:

• Điểm đặt:

LF

theo qui tắc bàn tay trái đối với đt +,

bàn tay phải đối với đt -.

tại điện tích.

vuông góc với mp chứa vectơ (v,B)

b.Điện tích chuyển động trong từ trƣờng đều:Đt cđ thẳng đều

theo hƣớng cũ

2

L

vF | q | B.v ma m

r

- Nếu vectơ vận tốc đầu 0v B

- Nếu vectơ vận tốc đầu : 0v B

LF 0

LF

LF

+0v

0v+B

r

r

Điện tích chuyển

động tròn đều.

Bán kính quĩ đạo:

Chu kì quay:

mvr

| q | B

2 mT

| q | B

Lực Lorentz:


Chu kì:2 m

T| q | B

- Nếu vectơ vận tốc đầu tạo với một góc .0v

B

0v

B

Theo phƣơng lực Lorentz = 0 nên

đt chuyển động thẳng đều.

B

v

v

Theo phƣơng lực Lorentz làm đt

chuyển động tròn đều.

B

Kết quả: quĩ đạo của điện tích là đƣờng xoắn lò xo.

h

0mv mv .sinr

| q | B | q | B

Bán kính xoắn:

Bƣớc xoắn: 0

2 mh v .T v .cos .

| q | B


c. Điện tích c/đ trong từ trƣờng không đều – bẫy từ:

(1), (2) suy ra:

2 20

0

v v

B(x) B

Lực Lorentz không làm thay

đổi tốc độ, nên:

1/2

20 0

0

B(x)v v 1 .sin

B

O

x

x

Theo ĐL bảo toàn mômen động lƣợng: 2

x

mvL mrv const

| q | B(x)

1/2

0

o

B(x)v v (1)

B

2 2 2 20v v v v (2)

v

v

v

Mà 0 0 0v vcos ; v vsin ; v v sin


(3) suy ra: điện tích không thể

xuyên qua miền có B(x) lớn. Nó

sẽ bị phản xạ ngƣợc trở lại tại

điểm có hoành độ xh có B(x) = Bh

thỏa mãn:

1/2

20 0

0

B(x)v v 1 .sin

B

O

x

x

Nếu từ trƣờng có dạng đối xứng qua mp x = 0

thì bất kì hạt điện tích nào rơi vào từ trƣờng

này đều có thể bị bắt bẫy, nó chuyện động xoắn

ốc qua lại giữa hai mặt phẳng x = xh và x = – xh.

Ta nói hạt điện tích bị rơi vào bẫy từ.

(3)

0h 2

0

BB

sin


d. Hiệu ứng Hall:

++

j

++

j

B

+ + + + + + +

- - - - - - - -

Hiện tƣợng xuất hiện các

điện tích trái dấu trên bề

mặt vật dẫn đang tải

điện khi nó đặt trong từ

trƣờng gọi là hiệu ứng

Hall.Nguyên nhân: do lực Lorentz

tác dụng lên các đt chuyển

động trong từ trƣờng.


d LF F

Hiệu điện thế Hall

| q | E | q | Bv

H

0

U jB

d n q

H H

0

BjdU R Bjd

n q

H

0

1R

n q h/số Hall


TƢƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ

ĐIỆN TỪ

Xung quanh điện tích có

điện trƣờng

Xung quanh dòng điện

có từ trƣờng.

E

Đặc trưng cho điện trường

tại mỗi điểm là vectơ

cƣờng độ điện trƣờng B

Đặc trưng cho từ trường tại

mỗi điểm là vectơ cảm

ứng từ

r2 2

0

Q r QE k . e

r r 4 r

Vectơ cđđt gây bởi một

điện tích điểm:

0

3d B [Id , r ]

4 r

Vectơ cảm ứng từ gây bởi

một phần tử dòng điện:

ĐIỆN TỪ

Hằng số điện:

0 = 8,86.10 – 12 F/m

Hằng số từ:

0 = 4.10 – 7 H/m

Hệ số điện môi: Hệ số từ môi:

Vectơ cảm ứng điện:

0D E

Vectơ cuờng độ từ trƣờng:

0

BH

Đƣờng sức điện Đƣờng sức từ

Điện thông E Từ thông m


ĐIỆN TỪ

Lực điện trƣờng: Lực từ:

F q E

trong(S)

(S)

Dd S q

Định lý O – G:

Lƣu số của vectơ cđđt

d F [Id ,B]

LF q[v,B]

Định lý O – G:

(S)

Bd S 0

Lƣu số của vectơ cđtt

AB

AB

Ed U

k

k(C)

Hd I


http://tvtl.bachkim.vn/document/download/doc_id/12671

BÃO TỪ

Bão từ là kết quả của quá trình hoạt động của mặt trời. Mặt trời phát

ra vô số hạt tích điện. Chúng bay đến vùng lân cận của Trái đất và tác

dụng tương hỗ với từ trường Trái đất - tức là địa từ trường (ĐTT).

- Các hạt tích điện bay từ Mặt trời, chịu ảnh hưởng của ĐTT, chạy xoay

quanh đường sức của nó theo hình xoắn ốc và tạo thành lớp bức xạ

nằm phía trên tầng khí quyển.

+ Nơi gần cực có các đường sức tiếp cận với Trái đất, các hạt tích điện

tiếp xúc với bề mặt khí quyển, ion hóa lớp trên của nó nhờ đó mà

chúng ta được chiêm ngưỡng hiện tượng phát quang ở vùng cực (cực

quang).

+ Khi Mặt trời tăng tần suất hoạt động thì các hạt tích điện tác dụng

tương hỗ với ĐTT lớn hơn bình thường, cường độ của từ trường tăng

lên. Hiện tượng cường độ của ĐTT đạt giá trị cao và gây tác

động kéo dài thì gọi là hiện tượng bão từ.

Bắc cực quang Nam cực quang

Bắc cực quang chiếu sáng trên hồ Bear

Nam cực quang tại châu Nam Cực

Ảnh chụp của nam cực quang từ tàu vũ

trụ tháng 5/1991

Hình ảnh cực quang trên Trái Đất.

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%E1%BB%93_Bear_(Alaska)&action=edit&redlink=1

ÔN TẬP

+ Phần bài tập: Các bài tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn

tập (Sách BTVLĐC tập 2):

4.1 – 4.8, 4.10, 4.11, 4.13, 4.17, 4.18, 4.21, 4.26, 4.27,

4.29, 4.30, 4.37, 4.38, 4.40, 4.42, 4.43, 4.48.

+ Phần lý thuyết gồm các nội dung:

Định luật Ampe. Từ trường của các loại dòng điện đơn giản.

Định luật Bio - Savart – Laplace. Khái niệm về Từ thông và

Định lý O – G trong từ trường. Định lí về dòng điện toàn phần.

Công của từ lực. Lực Lorenxơ.

e. Ứng dụng:


vẬt lÝ ĐẠi cƢƠng 1

Documents