Bài giảng Từ trường không đổi

Nội dung text: Bài giảng Từ trường không đổi

1. V. Từ trường không đổi 1
2. Lịch sử về từ trường trái đất „ Hiệntượngkimla bànluônchỉ theo hướng bắc-nam đượcphát hiệnvàokhoảng năm 1000. „ 1600: William Gilbert làm thí nghiệmvàchỉ ra rằng hiệntượng trên có thể giảithíchnếugiả thiếtcả trái đấtlàmột nam châm cựclớn. “The Earth is a huge magnet, and its magnetic influence extends far into space” 2
3. Nội dung „ Tương tác giữacácdòngđiện. „ Từ trường. Véc tơ cảm ứng từ. „ Định luậtBiot-Savart-Laplace. „ Từ trường củadòngđiệnthẳng, dòng điệntròn. Lưỡng cựctừ. „ Định luậtvề dòng toàn phần đốivớitừ trường. Ứng dụng nó để tính từ trường của ống dây điệnthẳng, của ống dây điệntròn. „ Định lý Ostrogradsky-Gauss đốivớitừ trường. „ Tác dụng củatừ trường lên dòng điện. LựcAmpere. „ Dòng điệnkíntrongtừ trường. Cơ sở củacácdụng cụđo điện. 3
4. Mụctiêu „ Nắm được quy luật tương tác giữa các dòng điện (điện tích chuyển động) thông qua định luật Ampere. „ Hiểu được khái niệm từ trường, các tính chất của từ trường. „ Biết vận dụng các kiến thức trên trong một số trường hợp cụ thể. 4
5. V.1 Tương tác giữacácdòngđiện. 5
6. 1. Sự tồntạicủatương tác từ „ Hai thanh nam châm có thể hút nhau hoặc đẩy nhau, nam châm có thể hút các vụnsắt. → Nam châm có từ tính và tương tác giữa chúng là tương tác từ. „ 1820 (Oersted): dòng điện điqua mộtdâydẫncũng có thể hút hoặc đẩymột kim nam châm, và ngượclại nam châm có thể hút hoặc đẩymộtcuộndâycódòngđiệnchạyqua → Dòng điệncũng có từ tính như nam châm. 6
7. 2. Tương tác giữacácdòngđiện „ Tương tự như hai nam châm, hai dòng điệncũng có thể hút nhau nếu cùng chiềuhoặc đẩy nhau nếungượcchiều. → Tương tác giữacácdòngđiệncũng đượcgọilàtương tác từ. 7
8. 3. Quan hệ giữacáchiệntượng điệnvàtừ „ Các lựcxuấthiệnkhimộtdòngđiệntácdụng lên mộtdòng điện, mộtdòngđiện tác dụng lên một nam châm, mộtnam châm tác dụng lên mộtdòngđiện, mộtnamchâmtácdụng lên một nam châm đều có cùng mộtbảnchất. „ Các lựctương tác này đượcgọilàtừ lực. 8
9. V.2 Từ trường. Véc tơ cảm ứng từ. 9
10. 1. Khái niệmtừ trường „ Tương tự nhưđiệntrường, mộtsố vấn đề cũng nảy sinh: -Trongtrường hợphaidòngđiện, lựctương tác giữa chúng được truyềnnhư thế nào ? -Vớimộtdòngđiện, tính chấtcủa không gian xung quanh dòng điệncóbị thay đổi không ? „ Chương trình VậtlýPT: thôngthường khi xảyratương tác giữahaivậtthì: -cácvậtphảitiếp xúc nhau, -hoặcgiữacácvậtphảicómộtmôitrường vậtchất trung gian. 10
11. Khái niệmtừ trường (cont. 1) „ Các giả thuyếtvàkhái niệmtừ trường: - Thuyếttácdụng xa: từ lực được truyềnmộtcáchtứcthờitừ dòng điệnnàytớidòngđiệnkiamàkhôngcầnmôitrường trung gian, tứcvậntốctruyền →∞. - Thuyếttácdụng gần: không gian bao quanh các dòng điệnbị biến đổivàtồntạimột dạng đặcbiệtcủavậtchấtgọi là từ trường, vậntốc truyềnlàhữuhạnvàbằng vậntốcánh sáng trong chân không. „ Tính chấtcơ bảncủatừ trường: mọidòngđiện đặttrong từ trường đềubị mộttừ lựctácdụng. 11
12. 2. Các cách tạotừ trường 12
13. 3. Định luật Ampere „ Ý nghĩa: cho biếtsự tương tác giữahaiphầntử dòng điện. „ Phầntử dòng điện: là một đoạnrấtngắnds củadâydẫncó dòng điệnI chạyqua → biểudiễnphầntử dòng điệnlàvector I.ds nằmtrênchínhđoạnds đang xét, có phương chiềucủa dòng điệnvàcóđộ lớnbằng I.ds. 13
14. Định luật Ampere (cont. 1) „ Định luật: Từ lựcdo phầntử dòng điệnI1.ds1 tác dụng lên phần tử dòng điệnI2.ds2 cùng đặt trong chân không là một vector dF: -cóphương vuông góc vớimặtphẳng chứaphầntử I1.ds1 và pháp tuyến n. -cóchiềusaochobavector ds1, n và dF0 tạo thành mộttam diệnthuận. µ0 I1ds1 sin θ1.I 2 ds2 sin θ2 -cóđộ lớnbằng: dF = 0 4π r 2 -7 trong đó µ0 = 4π×10 H/m - hằng số từ. „ Mở rộng cho mộtmôitrường: dF = µ.dF0 trong đó µ là độ từ thẩmcủamôitrường. 14
15. Định luật Ampere (cont. 2) „ Biểuthứccường độ từ lực: µ µ I ds sin θ .I ds sin θ dF = 0 1 1 1 2 2 2 4π r 2 „ Biểuthứctổng quát dạng vector: r µ µ I dsr ×(I dsr × rr) dF = 0 2 2 1 1 4π r 3 15
16. 4. Vector cảm ứng từ. „ Ý nghĩa: đặctrưng cho từ trường về mặt định lượng. „ Vector cảm ứng từ: -Liênhệ giữa điệntrường và từ trường r r r r 1 q0 .q ⎛ r ⎞ r F 1 q ⎛ r ⎞ F = 2 ⎜ ⎟ → E = = 2 ⎜ ⎟ 4πε0ε r ⎝ r ⎠ q0 4πε0ε r ⎝ r ⎠ r µ µ I dsr × (I dsr × rr) r µ µ Idsr × rr dF = 0 2 2 1 1 → dB = 0 4π r 3 4π r 3 - Đơnvị vector cảm ứng từ: Tesla (T). 16
17. Vector cảm ứng từ (cont. 2) „ Định luậtBiot-Savart: Vector cảm ứng từ dB do phầntử dòng điệnI.ds gây ra tại điểm P cách phầntử mộtkhoảng r là mộtvector: -cógốctại điểmP. -cóphương vuông góc vớimặtphẳng chứaphầntử I.ds và điểmP. -cóchiềusaochobavector ds, r và dB tạothànhmột tam diệnthuận. r µ µ Idsr × rr -cóđộ lớnbằng: dB = 0 4π r 3 17
18. 5. Nguyên lý chồng chấttừ trường „ Nguyên lý: Vector cảm ứng từ B do mộtdòngđiệnbất kì gây ra tạimột điểmbằng tổng các vector cảm ứng từ dB do tấtcả các phần tử nhỏ củadòngđiện gây ra tại điểm ấy. „ Trường hợptừ trường do nhiềudòngđiệnsinhra: Vector cảm ứng từ B của nhiềumộtdòngđiệnbằng tổng các vector cảm ứng từ do từng dòng điệnsinhra. r r r r n r B = B1 + B2 + + Bn = ∑ Bi i=1 18
19. 6. Vector cường độ từ trường „ Ý nghĩa: là đạilượng vector không phụ thuộcvàotínhchất củamôitrường trong đó đặtdòngđiện. „ Định nghĩa: Vector cường độ từ trường H tạimột điểm trong từ trường là mộtvector bằng tỉ số giữa vector cảm ứng từ B tại điểm đóvàtíchsố µ0µ: r r B H = µ 0µ Đơnvị: A/m. 19
20. VI.4 Từ trường củadòngđiệnthẳng, tròn. 20
21. Từ trường củadòngđiệnthẳng. 21
22. Từ trường củadòngđiệntròn. 22
23. Bài tập 23