Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 3: Từ trường không đổi

Nội dung text: Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 3: Từ trường không đổi

1. 3.1 TƢƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN – ĐỊNH LUẬT BIO-SAVART-LAPLACE 3.2 LƢU SỐ CỦA VECTƠ CƢỜNG ĐỘ TỪ TRƢỜNG – ĐỊNH LÝ AMPERE VỀ DÒNG ĐIỆN TOÀN PHẦN 3.3 TỪ THÔNG 3.4 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3.5 ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƢỜNG KHÔNG ĐỔI
2. 3.1 TƢƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỊNH LUẬT BIO-SAVART-LAPLACE 3.1.1 Tƣơng tác từ của dòng điện 2 dòng cùng chiều 2 dòng ngược chiều Tương tác Tác nhân
3. 3.1 TƢƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỊNH LUẬT BIO-SAVART-LAPLACE 3.1.2 Định luật Bio-Savart-Laplace I _ Phần tử dòng điện: Id Dòng điện là tập hợp vô số Id dB các phần tử dòng điện _ Định luật: r  dB Id Phương: Chiều: theo quy tắc .   Id.sin  Độ lớn: dB 0 (T Tesla) 4 r2 7 H 0 : hằng số từ, 0 4 .10  :độ thẩm từ của môi trường m
4. 3.1 TƢƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỊNH LUẬT BIO-SAVART-LAPLACE 3.1.2 Định luật Bio-Savart-Laplace _ Nguyên lý chồng chất từ trường : Từ trường gây bởi dòng điện B dB (d.dien) N Từ trường gây bởi N dòng điện B  Bi i 1 (Bi : từ trường gây bởi ) 3.1.3 Vectơ Cƣờng độ từ trƣờng H (Đơn vị: .)
5. Ví dụ 1: Từ trường gây bởi dòng điện thẳng   Id.sin  dB 0 4 r2 h I 2 d.sin  0 sin  I dB 2 4 h sin  h 0 B dB  B dB (d.dien) (d.dien)  I 2 B 0 sin d 4 h 1 Dòng điện thẳng dài vô hạn:  h.cot g  1 B d  2
6. Ví dụ 2: Từ trường gây bởi dòng điện tròn tại điểm M cách dòng điện 1 khoảng h B  IR 2 B 0 M 3 M 2(h 2 R 2 ) 2 h Tại tâm vòng dây: (h=0) R 0 I BO
7. 3.2 LƢU SỐ CỦA VECTƠ CƢỜNG ĐỘ TỪ TRƢỜNG ĐỊNH LÝ AMPERE VỀ DÒNG ĐIỆN TOÀN PHẦN _ Lƣu số của vectơ cƣờng độ từ trƣờng Xét 1 đường cong kín (C) bất kì nằm trong từ trường H.d: .của vectơ cường độ từ trường (C) (C) dọc theo đường cong kín (C) H.d H.d.cos d (C) (C) H _ Định lý Ampère về dòng điện toàn phần Hd. Xét dấu dòng điện theo ()C chiều lấy tích phân Ví dụ: I I N 1 2 H.d I  i I3 (C) i 1 I4
8. Áp dụng : Tính cảm ứng từ trong lòng ống dây hình xuyến (n vòng) H.d H.d H d (C) (C) (C) H.2 R (C) nI R nI H 2 R nI B  H   0 0 2 R n Tổng số vòng dây B 0n0I với n0 2 R Chiều dài của ống
9. Bài tập: Tính cảm ứng từ trong lòng ống dây hình xuyến (n vòng) nI B   0 2R
10. 3.3 TỪ THÔNG 3.3.1 Đƣờng cảm ứng từ Những đường cong vẽ ra trong từ trường: Tiếp tuyến của nó tại mỗi điểm với phương của B Chiều: chiều với Mật độ đường sức Đường sức từ trường là những đường cong
11. Một số hình ảnh về từ phổ
12. 3.3 TỪ THÔNG 3.3.2 Từ thông (thông lƣợng từ trƣờng) Từ thông gửi qua 1 diện tích bất kỳ: d B.dS B.dS.cos m B  d B.dS m m (S) (S) (S) B.dS.cos (S) B đều  m Đơn vị: . S phẳng Định lý O-G đối với từ trường  B. dS m ()Skin
13. 3.4 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3.4.1 Lực Ampère _ Xét không gian có từ tr ường: dF Id  B Id   mp(Id,B) B Phương: dF Chiều: theo quy tắc bàn tay trái. dF Độ lớn: dF Lực từ tác dụng lên cả dòng điện : F dF (d.dien)
14. 3.4 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3.4.2 Tác dụng của dòng điện thẳng lên dòng thẳng khác: dF I2.d.B1.sin  I2.d.B1 I2 I F dF 1 I2d (d.dien) B 1 dF F dF I .B .d B I  2 1 1 2 (d.dien) 0 I1 0 I1I2 B1 F  2 r 2 r
15. 3.4 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3.4.3 Tác dụng của từ trƣờng lên dòng điện kín : _ Xét khung dây đặt trong từ trường đều F Khung dây có thể quay quanh trục F4 3 _ Cặp lực từ F và F ngược chiều nhau, 1 3 I cùng độ lớn F I.B.a B tạo ngẫu lực làm khung quay a b M F.d I.B.a.b.sin F 2 n I.B.S.sin F1 đặt pm I.S M pm.B.sin Mômen từ của dòng điện trong khung dây M pm  B Mômen ngẫu lực sẽ làm khung quay về vị trí sao cho M 0
16. 3.4 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3.4.4 Công của lực từ : _ Công dịch chuyển thanh MN dịch chuyển đoạn dx : dA F.dx BI.dx P N I BI.dS (với d B.dS) B F m  dA I.d m M Q (1) (2) dx _ Công dịch chuyển thanh MN dịch chuyển từ (1) đến (2) : 2 2 A dA I.d I(  ) m m2 m1 1 1 (  : độ biến thiên từ thông A I.  m m qua diện tích mạch kín)
17. 3.5 ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƢỜNG KHÔNG ĐỔI 3.5.1 Tác dụng của từ trƣờng lên điện tích chuyển động : _ Xét 1 hạt mang điện q chuyển động trong từ trường đều Id qv B _Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện v dF Id  B _Lực từ tác dụng lên hạt điện chuyển động FL qv  B Lực Phương:  mp(v,B) F L FL Chiều: theo quy tắc với hạt mang điện , quy tắc với hạt mang điện Độ lớn: FL
18. 3.5 ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƢỜNG KHÔNG ĐỔI 3.5.2 Chuyển động của điện tích trong từ trƣờng đều : Trường hợp 1: v  B 0 FL qv  B FL qvB.sin90 FL qvB const FL đóng vai trò là lực hướng tâm v2 F F qvB m L ht R mv Bán kính quỹ đạo: R qB 2 R 2 m Chu kỳ chuyển động: T v qB
19. 3.5 ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƢỜNG KHÔNG ĐỔI 3.5.2 Chuyển động của điện tích trong từ trƣờng đều : Trường hợp 2: v // B sin 0 FL 0 Hạt điện của lực Lorentz Trường hợp 3: (v,B) (0 900 ) Quỹ đạo có dạng là đường
20. 3.5 TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ ĐIỆN TỪ Xung quanh điện tích có Xung quanh dòng điện điện trƣờng có từ trƣờng. Đặc trưng cho điện trường Đặc trưng cho từ trường tại tại mỗi điểm là vectơ mỗi điểm là vectơ cảm cƣờng độ điện trƣờng E ứng từ B Vectơ cđđt gây bởi một Vectơ cảm ứng từ gây bởi điện tích điểm: một yếu tố dòng điện:  d B 0 [Id , r ] Q r Q 3 E k22 . er 4r r r 4 0 r
21. 3.5 TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ ĐIỆN TỪ Hằng số điện: Hằng số từ: – 12 – 7 0 = 8,85.10 F/m 0 = 4 .10 H/m Hệ số điện môi:  Hệ số từ môi:  Vectơ cảm ứng điện: Vectơ cuờng độ TT: B DE 0 H 0 Đƣờng sức điện Đƣờng sức từ Điện thông E Từ thông  m
22. 3.5 TƯƠNG QUAN ĐIỆN – TỪ ĐIỆN TỪ Lực điện trƣờng: Lực từ: d F [Id ,B] F q E FL q[v,B] Định lý O – G: Định lý O – G: q  trong(S) E d S Bd S 0 0 (S) (S) Lƣu số của vectơ cđtt Lƣu số của vectơ cđđt Ed U Hd Ik AB  k AB (C)