Bài giảng Vật lý

1. Mở đầu 2. Định luật Coulomb 3. Điện trường 4. Định lý Gauss 5. Điện thế 6. Cường độ điện trường và điện thế 1 CHƯƠNG I TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. Mở đầu  Thuộc tính tự nhiên của những hạt cơ bản có kích thước rất nhỏ (không thể nhìn thấy bằng mắt thường) tạo lên liên kết về điện trong nguyên tử. Proton (p): điện tích (+) Neutron: Không điện tích Electron (e) - điện tử: điện tích (-)  Phần tử cơ sở cấu tạo vật chất: Trạng thái bình thường: trung hòa điện số e và p bằng nhau, p gắn cố định trong hạt nhân nguyên tử, e có thể dễ dàng di chuyển  dễ tạo ra sự mất cân bằng điện tích giữa 2 vật trung hòa điện khi được cho tiếp xúc với nhau tạo ra i-ôn  Điện tích có kích thước không đáng kể so với khoảng cách giữa điện tích và 1 điểm trong không gian nằm trong vùng ảnh hưởng của nó. Điện tích Nguyên tử Điện tích điểm 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện tích của vật thể tích điện Điện tích nguyên tố  Điện tích của một electron (hoặc một proton) có giá trị là là 1,6 . 10-19 C, được qui ước làm giá trị một đơn vi điện tích.  Đại lượng vô hướng được xác định bằng một số nguyên (kết quả sự chênh lệch số các proton và electron) lần điện tích nguyên tố trong vật thể, tức là Q = e.(Np-Ne) = n.e 1. Mở đầu 3 Hạt cơ bản Khối lượng Điện tích Electron 9,11.10-31 kg -1,60.10-19 C (-e) Proton 1,672.10-27 kg +1,60.10-19 C (+p) Neutron 1,674.10-27 kg 0 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Khác dấu: hút nhau Phân loại + + Cùng dấu: đẩy nhau 1. Mở đầu 4  Điện tích dương:  Điện tích âm: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Truyền điện tĩnh Cảm ứng (điện hưởng) Dẫn điệnMa sát (tiếp xúc)  Điện tích không tự sinh ra hay mất đi mà chỉ dịch chuyển bên trong một vật hoặc từ vật này sang vật khác Bảo toàn điện tích 1. Mở đầu 5 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Vật liệu bán dẫn: Điện tích cũng định xứ cố định tại những miền nào đó, nhưng có thể di chuyển tự do trong vật liệu dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng hoặc điện trường ngoài (silicon, germanium). Phân loại vật liệu theo khả nĕng truyền điện của điện tích  Vật liệu dẫn điện: Điện tích có thể chuyển động tự do trong toàn bộ thể tích vật (kim loại)  Vật liệu cách điện – điện môi: Điện tích định xứ cố định tại những miền nào đó, và không thể di chuyển tự do trong vật liệu (cao su, chất dẻo, gỗ, giấy, không khí khô ) 1. Mở đầu 6 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Charles-Augustin de Coulomb Cân xoắn Coulomb Nguyên lý xác định tương tác tĩnh điện bằng cân xoắn Coulomb Dây xoắn  (Định luật về tương tác tĩnh điện) 2. Định luật Coulomb 7 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2 2 9 0 10.94 1 C Nmk  Trong chân không:04 1kHệ số tỉ lệ: Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm 2 21 r qqkF   Lực tương tác tĩnh điện giữa 2 điện tích q1, q2đặt trong chân không, có phương nằm trên đường thẳng nối 2 điện tích, có chiều phụ thuộc vào dấu 2 điện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận tích số q1, q2 và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảngcách giữa chúng. r r r qqkF  2 21Tổng quát: 2 2 12 0 mN C10858 .., Vói: 2. Định luật Coulomb 8 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Đặc điểm G k mm qq F F G e 21 21 Gấp đôi khoảng cách, lực giảm 1/4 Gấp đôi điện tích, lực tĕng 4 lần  Lực Coulomb phụ thuộc khoảng cách và độ lớn các điện tích  Lực Coulomb và lực hấp dẫn  Đ/v electron: q = 1,6.10-19 C, m = 9,31.10-31 kg  4210.17,4 G e F F 2 21 r qqF  2. Định luật Coulomb 9 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Nguyên lý chồng chất Điện tích q0 chịu tác dụng của các lực gây bởi hệ đ/tích q1, q2,..., qnnFFF  ,...,, 21 3F  1F  2F q0q1 q2 q3  ni in FFFFF 121 ...  Tương tác tổng cộng của hệ điệntích lên q0: 2. Định luật Coulomb 10  Vật bất kỳ (vòng tròn) mang đ/tích q tác dụng lên đ/tích điểm q0  chianhỏ q thành các điện tích vô cùng nhỏ dq, sao cho, dq được coi là đ/tích điểm  xác đinh lực tổng hợp của các đ/tích dq lên q0. dq q0  Fi r   V 20 rdqqF 04 2 quả cầu đồng chất phân bố đ/tích đều (Q1 và Q2)  2đ/tích điểm có vị trí tại tâm 2 quả cầu và r là khoảng cách tính từ tâm của chúng. Q1 r Q2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. Điện trường Khái niệm điện trường “Trường”  Không gian mà một đại lượng vật lý được xác định tại mỗi điểm trong đó. Đại lượng vector  trường vector Đại lượng vô hướng  trường vô hướng  Thuyết tác dụng xa: 11 Tồn tại vận động phi vật chất  trái với triết học duy vật biện chứng  Không phù hợp!  Tương tác giữa các điện tích điểm được truyền đi tức thời (v ~ ) Tương tác được thực hiện không có sự tham gia của vật chất trung gian Khi chỉ có 1 điện tích  tính chất vật lý của khoảng không gian bao quanh bị biến đổi. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Thuyết tác dụng gần:  Tương tác giữa các điện tích điểm được truyền đi không tức thời (v hữu hạn)  Tương tác được thực hiện thông qua sự tham gia của vật chất trung gian  Khi chỉ có 1 điện tích  tạo ra điện trường xung quanh  giữ vai trò truyền tương tác.  Điện trường: khoảng không gian bao quanh các điện tích, thông qua đó tương tác (lực) tĩnh điện được xác định. Khái niệm điện trường  Điện trường là trường vector. 3. Điện trường 12 Phù hợp với triết học duy vật biện chứng  được khoa học công nhận! Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Đơn vị: N/C hoặc V/m Vector cường độ điện trường Điện tích thửQ r  Xét điện tích q0 đặt trong điện trường của Q 2 9 2 0 2 10.94 1 r Q r Q r QkE   Cường độ điện trường tại 1 điểm nào đó là đại lượng vật lý có độ lớn bằng độ lớn của lực điện trường tác dụng lên 1 đơn vị điện tích +1 đặt tại điểm đó  r r r Qkq FE  2 0  Eqr r r Qkqr r r QqkF .02020    Lực Coulomb 3. Điện trường 13 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Nguyên lý chồng chập điện trường 3. Điện trường 14  Xét q1, q2 tác dụng lực lên q0 (đặt tại P):21, FF  1F 2F  P q1 q2 q0 1r 2r  F  có: 21 FFF   0 2 0 1 0 q F q F q F   E 1E  2E    2222211211021 4 1 rrrqrrrqEEE    Điện trường gây bởi q1 và q2: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 15 + -+ + + - - P    ni iii ini in rrrqEEEEE 1 20121 4 1...    Điện trường gây bởi n điện tích điểm tại vị trí bất kỳ: Nguyên lý chồng chập điện trường 3. Điện trường  Vector cường độ điện trường gây bởi một hệ điện tích tại bất kỳ điểm nào trong trường là tổng các vector cường độ điện trường gây bởi từng điện tích tại điểm đó. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Điện trường gây bởi vật mang điện có điện tích phân bố liên tục: 16  Chia vật thành vô số các phần tử vô cùng nhỏ mang điện tích dq  điện tích điểm. dq Nguyên lý chồng chập điện trường 3. Điện trường r r r dqEd P  2 910.9   Điện trường gây bởi dq tại 1 điểm cách dq đoạn r: P r dEi dq  P  Điện trường tổng hợp gây bởi toàn bộ vật mang điện tại 1 điểm trong không gian của điện trường:  vâtbôtoànvâtbôtoàn P r r r dqEdE  2 910.9  Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Nguyên lý chồng chập điện trường  Điện trường gây bởi vật mang điện có điện tích phân bố liên tục Dây tích điện có độ dài l (: mật độ điện dài = điện tích/đơn vị độ dài)Đ/tích của vi phân độ dài: dq = dl   )( 2910.9 l rrrdlE  Mặt tích điện có diện tích S (: mật độ điện mặt = điện tích/đơn vị diện tích)Đ/tích của vi phân diện tích: dq = dS   )( 2910.9 l rrrdSE   Khối tích điện có thể tích V Đ/tích của vi phân thể tích: dq = dV   )( 2910.9 l rrrdVE ( : mật độ điện khối = đ/tích/đơn vị thể tích) 3. Điện trường 17 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Hệ 2 điện tích điểm trái dấu có độ lớn bằng nhau cách nhau một khoảng ℓ (rất nhỏ)  qpe  - q qp 0 - q q 0 N r E Tại điểm nằm trên trục lưỡng cực (r >> ℓ) Điện trường gây bởi lưỡng cực điện - q q0 r1 E r2 M 1E  2E  r  2 0 21 4 1 r qEE 21 EEE  Có: với:hay: E = E1.cos + E2.cos = 2E1.cos ; (cos = ℓ/2r1) 2 04 1 r qE  304 1 rpE e  hay:  Tại điểm nằm trên đường trung trực (r >> ℓ) 3 0 2 4 1 r pE e  Có: 3. Điện trường 18 Lưỡng cực điện Ý nghĩa pe: Biết pe có thể xác định được vectơ cường độ điện trườngdo lưỡng cực gây ra nên pe đặc trưng cho tính chất điện của lưỡng cực Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện trường gây bởi dây dẫn thẳng dài vô hạn 3. Điện trường 19 x << l  x >> l  2 04 x QE  xE 02  Dây: độ dài l, điện tích Q, mật độ điện tích dài . Q +l/2 -l/2 dldll QdQ   Chia dây thành các phần tử độ dài dl vô cùng nhỏ, có điện tích: dQdl  Điện trường tại P gây bởi dQ: yx EdEdEd   PO   y x dEdEy dEx x ry      2/12202/0 2/3220 2/ 2/ 2/3220 24 2 4cos lxx l yx dlx yx dlxdEdEEE l l l xx          Điện trường tại P gây bởi Q: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện trường gây bởi vòng dây tròn tích điện đều   2/322030 4 14 1 Rx QxrQxE   x > R: 2 04 1 r QE  3 04 1 R QE  3. Điện trường 20  Dây tròn: bán kính R, mật độ điện tích dài , điện tích Q. O R Q   R trònvòng x dlr x r dQEE  203020 4cos4 1  Điện trường tại P gây bởi Q: dQ = dl  Chia dây thành các phần tử độ dài dl vô cùng nhỏ, có điện tích dQ = dl yxP EdEdEd   với dEx = dE.cos Điện trường tại P gây bởi dQ: P  x dEdEy dEx x r Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 21 Điện trường gây bởi mặt đĩa tích điện đều 3. Điện trường  Đĩa: bán kính R, điện tích Q, mật độ điện tích : O R Q dR’ R’dQ  Xét hình vành khĕn có diện tích ds, độ rộng dR’ mang điện tích dQ: ''2 dRRdsdQ  dEx r x R’   Rxx Rx dRRxdEEE 0 2/32'20 ''42          220 1 112 x R  Điện trường gây bởi dQ:  Nếu R  (mặt phẳng vô hạn)  02E Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Đường sức điện trường Đường cong hình học mô tả điện trường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với phương của vector cường độ điện trường tại điểm đó. Chiều đường sức điện trường là chiều vector cường độ điện trường.  Điện phổ: tập hợp các đường sức điện trường 3. Điện trường 22  Quy ước: vẽ số đường sức điện trường qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với đường sức bằng cường độ điện trường E. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện tích trong điện trường ngoài  Cho trước 1 điện tích  tạo ra điện trường xung quanh nó! Cho trước 1 điện trường  ảnh hưởng của đ/trường lên điện tích đặt trong đó? EqF  . Điện trường tác dụng lên điện tích 1 lực điện: Chiều của F không phụ thuộc chiều E mà phụ thuộc dấu điện tích Ev  Điện tích q chuyển động cùng chiều điện trường đều E v q  Em qaa y   Phương trình động lực học: EqFam  . tEm qvv y . 2.2 1 tEm qy  (ph/trình CĐ) 3. Điện trường 23 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện tích trong điện trường ngoài v0 Điện tích -q đi vào vùng điện trường đều E với vận tốc ban đầu, Ev  0 Các đặc trưng động học theo 2 phương Ox và Oy: ax = 0 ; vx = v0 ; x = v0.t ; m qEay  tm qEvy  2 2 1 tm qEy  Phương trình quĩ đạo: 22021 xmvqEy  3. Điện trường 24 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - vàF F là các ngẫu lực  Moment lưỡng cực bị xoay theo chiều sao cho Pe trùng với phương của E Moment ngẫu lực (lực xoắn): EPEdqEqdFd e    Độ lớn:  = qEdsin Lưỡng cực điện trong điện trường đều 3. Điện trường 25 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4. Định lý Gauss  Phổ đường sức của vector điện trường gián đoạn khi qua mặt phân cách 2 môi trường Vector điện cảm – điện dịch r r r qE  2 04 1 Vector cường độ điện trường:  E  Vector cảm ứng điện (điện cảm) ED  0 241 rqD  Phổ đường sức của vector điện cảm là liên tục khi qua mặt phân cách 2 môi trường Johann Carl-Friederich Gauss (1777-1855) 26 =2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - D S0 e = D.S0  Khái niệm: Thông lượng vector điện cảm gửi qua một thiết diện có trị số tỉ lệ với số đường sức cắt vuông góc thiết diện đó. 4. Định lý Gauss Điện thông 27 D n (S0) (S)   Tiết diện (S) bất kỳ, tạo với S0 góc  S0 = S.cos 02  e 02  e 02  e là vector pháp tuyến của mặt S, cũng có:n  Dn ,e = D.S0 = D.S.cos = DnS Dn là hình chiếu của D lên phương pháp tuyến n Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - n D (S) dS Điện trường bất kỳ: xét phần tử diện tích dS de = D.S0 = D.dS.cos SdDd e .   S n S e dSDSdD .  Điện thông toàn phần:   S n S e dSESdE .Hoặc: 4. Định lý Gauss Điện thông  Điện thông (electric flux): Đại lượng đặc trưng lượng điện trường đi qua một diện tích bề mặt  Đơn vị: N.m2/C 28 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 29 2 cos r dSd  Góc khối vi phân: OMr  2r dSd nHay: - tù  d 0     Xét mặt kín bất kỳ  xây dựng mặt cầu , tâm O, bán kính đơn vị (tức là, R = 1), sao cho d nằm trong hình nón tạo góc khối d.    dS n  d O M R  4. Định lý Gauss Góc khối  d =d221 rdSd nCó:   =  4(1)2 =  4 n hướng ra ngoài: d = +d n  d = -d hướng vào trong: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4. Định lý Gauss Điện thông xuất phát từ điện tích điểm q Trong mặt cầu kín S hoặc mặt kín bất kỳ D n dS O Mr dS n  dO M R q  D  Vector điện cảm (điện trường)  phương OM 24 1 r qD Có: 30  Điện thông qua diện tích vi phân dS:  dqrdSqDdSd e 4cos4cos 2  Mặt kín bao quanh điện tích điểm hay vật mang điện: mặt Gauss qqdqd S e S e   444 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4. Định lý Gauss Ngoài mặt kín S bất kỳ Điện thông xuất phát từ điện tích điểm q 31 D D n n n n   q S1 S2  Đường sức vector điện cảm là đường hở  hoặc không cắt hoặc cắt số chẵn lần (một đi vào mặt S1, một ra khỏi mặt S2). S e dΩπ qΦ 4 Có:   21 SSS ddd Với:     0 21   SS dd  Vì vậy:e = 0 n S1 tương ứng hướng ngược chiều D n S2 tương ứng hướng cùng chiều D Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Định lý Gauss cho phân bố điện tích gián đoạn    ni inSe qdSDSdD 1. Định lý Gauss cho phân bố điện tích liên tục   VS dVDdivSdD .. vì: z D y D x DDdiv zyx với: 4. Định lý Gauss  Khi đó:   dVq i i .  VS e dVSdD ..   Ddiv (Phương trình Poisson)  Nội dung: Thông lượng điện cảm gửi qua một mặt kín bất kỳ bằng tổng đại số các điện tích nằm trong mặt kín đó. 32 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 33         R O Q Quả cầu rỗng (bán kính R) tích điện đều (Q > 0) trên bề mặt Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss 4. Định lý Gauss r P  Điểm P bên ngoài, cách O khoảng r.  Thông lượng điện cảm qua mặt Gauss, bk r: 2 ne r.D.4dSDD.dS.dSDΦ    Định lý Gauss: QΦe  22 rQDQr..D  414  2r QDE 00 4 1  Cường độ điện trường bên ngoài quả cầu: Mặt Gauss  Dựng mặt Gauss bao quanh, bán kính r > R. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 34  Điểm P’ bên trong, cách O khoảng r’.          R O P’ Mặt Gauss r’ Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss 4. Định lý Gauss Quả cầu rỗng (bán kính R) tích điện đều (Q > 0) trên bề mặt  Bên trong q/cầu ko có điện tích: Q = 0 E = 0 2 2 r' QDQr'..D  414  Tương tự có:  Trên bề mặt: r = R, có: 2 00 4 1 R QDE  E = 0 2 04 1)( r QrE  2 04 1)( R QRE E r r P  Dựng mặt Gauss sát mặt cầu, bán kính r’ < R. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 35 RQ O Qủa cầu đặc (bán kính R) tích điện đều (Q > 0) trong toàn bộ thể tích. 4. Định lý Gauss Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss  Đ/tích quả cầu Gauss: 333Gausscâumat RrQrVQ'   34 Thông lượng điện cảm qua mặt Gauss, bk r: 2 ne r.D.4dSDD.dS.dSDΦ   Định lý Gauss: Q'Φe  322 RQrrQ'DQ'r..D  41414  3R QrDE 00 4 1  Cường độ điện trường bên trong quả cầu: Mật độ điện tích khối của quả cầu: 3câukhôi R Q V Qρ 34 P r Điểm P bên trong, cách O khoảng r. Dựng mặt Gauss, bán kính r < R. Mặt Gauss Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2R QE 04 1 2r QE 04 13RQrE 04 1 E rO R RQ O Qủa cầu đặc (bán kính R) tích điện đều (Q > 0) trong toàn bộ thể tích.  Trên bề mặt: r = R: 2RQE 04 1 2 2 r' QDQr'..D  414   Tương tự có: 2r' QDE 00 4 1   Cường độ điện trường bên ngoài quả cầu: 4. Định lý Gauss Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss 36 r’ P’  Điểm P’ bên ngoài, cách O khoảng r’. Mặt Gauss  Dựng mặt Gauss bao quanh, bán kính r’ > R. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4. Định lý Gauss Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss Mặt phẳng vô hạn tích điện đều (Q > 0) Vector điện cảm (điện trường) có chiều và phương vuông góc mặt phẳng S M D DMặt Gauss Sn   Xét điểm M nằm trên một đáy hình trụ (mặt bên là mặt Gauss) cắt vuông góc mặt phẳng tích điện. S là giao diện trụ và mặt phẳng tích điện  Điện thông gửi qua 2 mặt đáy là Dn, qua mặt bên = 0. Có:  e= Dn.2S = Q 22 1 2 1  SSSQDDn 00 2 DE (:mật độ điện tích mặt) 37 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4. Định lý Gauss Hai mặt phẳng vô hạn song song tích điện bằng nhau, trái dấu (+q và –q)  Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường 21 DDD    Độ lớn:  22D 00  DE  Không gian giữa 2 mặt phẳng:  Không gian bên ngoài 2 mặt phẳng: E = 0 E = 0 E = 0 0E E x Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss 38 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Mặt trụ (bán kính R) vô hạn tích điện đều (Q > 0) 4. Định lý Gauss D nM R (S) Mặt Gauss  Xét M trên mặt trụ bao quanh - mặt Gauss (r > R, độ dài l, cạnh mặt bên song song trục, 2 đáy vuông góc trục)  Vector điện cảm (điện trường) có chiều và phương vuông góc mặt trụ  Điện thông gửi qua mặt bên là Dn, qua 2 mặt đáy = 0. Có: e = Q = l (: mật độ điện tích dài) rlDdSDdSDdSD bênMatbênMat n S ne   2... và r R r2r2 QDE 0000    Khi R rất nhỏ: rE 02  rRrrlQDDn  22 (:mật độ điện tích mặt) Xác định cường độ điện trường ứng dụng định lý Gauss 39 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế Công của lực tĩnh điện – Tính chất thế trường tĩnh điện  A  dạng đường dịch chuyển, chỉ  điểm đầu và điểm cuối đoạn dịch chuyển.40  Điện tích q đứng yên tạo ra điện trường E Điện tích q0 dịch chuyển trongtừ a  b trên quĩ đạo cong (C). E q0 qa bE  (C)  Công dA của lực F thực hiện trong dịch chuyển vô cùng nhỏ dl:  cos.00 dlEqldEqldFdA  hay: 2 0 0 4 r drqqdA  q0  dr EF  rd ld EqF  0 F  q0 chịu tác dụng của lực tĩnh điện :  Công lực tĩnh điện:   b a b a ab r drqqdAA 2 0 0 4  ba rdrqq 2004 barrrqq  14 00 ba rqqrqq 0000 44   Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế Lưu số vector cường độ điện trường A = 0 khi ra  rb  trường tĩnh điện là trường thế. 0.. 0   ldEqldFA Tức là: Hay: 0.  ldE  Lưu số của E dọc theo đường cong kín = 0 Thế nĕng trường tĩnh điện Đối với trường thế: Công của lực trong trường = độ giảm thế nĕng Tức là: ba ba ab WWr qq r qqA  0 0 0 0 44  Cr qqW  0 0 4 Thế nĕng của điện tích q0 trong trường tĩnh điện của điện tích q tại 1điểm nào đó có giá trị bằng công của lực tĩnh điện khi dịch chuyển q0 từđiểm đó ra vô cực. 41 là lưu số của vector cường độ điện trường) ldE .( 04 đó trong 0 0  CqqW  rqqW 004 :nên  Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế Thế nĕng của điện tích qo trong điện trường của hệ điện tích điểm ri là khoảng cách từ q0 đến qi ldEqW M M  00    ni iini i rqqWW 1 001 4 42 Thế nĕng của điện tích qo trong điện trường bất kỳ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Thế nĕng trường tĩnh điện 5. Điện thế W > 0 W < 0 43 q0q > 0 0 rWF q0q < 0 0 rWF  Thế nĕng trong trường của 2 điện tích cùng dấu  Thế nĕng trong trường của 2 điện tích trái dấu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện thế và hiệu điện thế 5. Điện thế  Va chỉ  điện tích q gây ra điện trường và vị trí được xét trong điện trường.  Điện thế tại 1 điểm trong điện trường là đại lượng có trị số bằng công của lực tĩnh điện khi di chuyển 1 điện tích +1 từ điểm đó ra xa vô cực.  Đơn vị của điện thế và hiệu điện thế: V (Volt) hay: a a r qqA 0 0 4 aaaaa rqrqqWqAV .4 14 0000     Hiệu điện thế giữa 2 điểm trong điện trường là đại lượng có trị số bằng công của lực tĩnh điện khi di chuyển 1 điện tích +1 giữa 2 điểm đó.  Công của lực tĩnh điện: Aab = q0(Va - Vb) ba baab VVq W q W q A  000  Nếu di chuyển q0 giữa a và b 44 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế M N  Xét q0 dịch chuyển trong trườnggây bởi q1, q2 và q3 Điện thế gây bởi hệ điện tích  31i iFF  Lực điện trường tổng hợp, Công của lực điện trường tổng hợp để q0 dịch chuyển từ M N    31 000031 44i iNiiMii NM iNMMN rqqrqqdlFdlFA  Điện thế gây bởi hệ n điện tích tại M: nMMMM VVVV  ...21  Điện thế gây bởi hệ 3 điện tích tại M: MMM i iM i MMM M M VVVr q r q r q r qVq A 321 3 1030 3 20 2 10 1 0 4 1 444    Trường hợp hệ điện tích phân bố rời rạc 45 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế Trường hợp hệ phân bố tích điện liên tục (vật mang điện)  Chia vật thành vô số các phần tử điện tích dq (coi như điện tích điểm) r dqdV .4 1 0Điện thế gây bởi dq: (r là khoảng cách từ dq đếnđiểm xét - M)  Điện thế gây bởi cả vật tại điểm xét:   vâtbôtoànMvâtbôtoàn M r dq rdVV 04 1 Trường hợp qo dịch chuyển trong trường tĩnh điện bất kỳ  NMN M N M MN WWldEqldFA    .. 0    MM MM ldEqldFWA  .. 0   M M M ldEq AV . 0  N M MN NM ldEq AVV . 0  và Điện thế và hiệu điện thế 46 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5. Điện thế V(x,y,z) = C  Được mô tả bằng những đường đồng mức 2 chiều, mỗi điểm trên đó biểu diễn cùng 1 giá trị điện thế (hình ảnh nhận được giống như bản đồ địa hình).  Các mặt đẳng thế không cắt nhau, Mật độ đường đẳng thế xác định cường độ điện trường. Mặt đẳng thế  Quỹ tích của những điểm có cùng điện thế. Khái niệm  Tính chất Công lực tĩnh điện khi dịch chuyển 1 điện tích trên mặt đẳng thế, AMN = q0(VM-VN) = 0, 47 Điện thế cao Đường sức điện trường Điện thế thấp Vector tại mỗi điểm trên mặt đẳng thế mặt đẳng thế tại điểm đó,E Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Mặt đẳng thế quanh hệ 2 điện tích điểmMặt đẳng thế quanh lưỡng cực điện 5. Điện thế Mặt đẳng thế Mặt đẳng thế quanh điện tích dươngMặt đẳng thế quanh dây tích điện đều 48 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 6. Cường độ điện trường và điện thế Mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế  Chiếu lên phương dịch chuyển dl có: E.cos.dl = El.dl = - dV dl dVEl  Mặt khác: dA = q0[V – (V + dV)] = - q0.dV dVldE    cos < 0   là góc tù: E luôn hướng về phía điện thế giảm0cos.  dVdlEldE  Vì: dV > 0 49 N V V + dVE  M  Xét M & N tương ứng điện thế V & V+dV, với dV>0 trong điện trường .E El ldq0  Công của lực tĩnh điện để dịch chuyển q0 từ M NldEqldFdA   0 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Có thể viết: ;xVEx  ;yVEy  zVEz   VgradVzVkyVjxViEEEE zyx   6. Cường độ điện trường và điện thế Mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế  Xét điểm P: nMP   nVEEn  N P V V + dV El E n dl Mq0  Cường độ điện trường tại 1 điểm trong trường có trị số bằng độ biến thiên của điện thế trên 1 đơn vị khoảng cách lấy dọc theo pháp tuyến với mặt đẳng thế đi qua điểm đó.  El = Ecos  E  nVlV  50 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 6. Cường độ điện trường và điện thế Hiệu điện thế trong điện trường các vật tích điện Hai mặt phẳng vô hạn mật độ điện mặt () đều, cách nhau một khoảng d E  V1 V2  Định nghĩa (V/m): Cường độ điện trường của một điện trường đều mà hiệu thế dọc theo mỗi mét đường sức bằng một Vôn (Volt).  dVVE 21  vì: 0E 021   dVV 51 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 6. Cường độ điện trường và điện thế Mặt cầu tích điện đều (R) R R1 R2 Hiệu điện thế trong điện trường các vật tích điện    21021 114 RRQVV Khi R1 = R, R2  (V2 = 0)   2 1 2 1 2 04 R R V V drr QdV R QV 04 drr QEdrdV 2 04  Hiệu điện thế tại 2 điểm cách mặt cầu R1 và R2 (R2 > R1 > R) 52 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Lưỡng cực điện - Điện thế tại M (r, r1, r2 >> d) - q qd0 M r 6. Cường độ điện trường và điện thế Hiệu điện thế trong điện trường các vật tích điện 2 1 00 21 ln 2 1 2 1 2 1 R RR r drREdrdVVV R R R R V V   Mặt trụ tích điện đều )(444 21 21 02010 rr rrq r q r qV Có: với: r1 – r2 = d.cos và r1.r2 = r2 2 0 2 0 cos.4 1cos.4 1 r p r qdV e  r1 r2 r1 – r2 53 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 2. Điện hưởng và tụ điện 3. Nĕng lượng điện trường 1 CHƯƠNG II VẬT DẪN Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Vật dẫn (vật liệu dẫn điện)  Ví dụ: Kim loại, than chì, các dung dịch muối, nước, cơ thể sống  Vật liệu có sẵn các điện tích tự do mà có thể dễ dàng di chuyển từ nguyên tử (phân tử) này tới nguyên tử (phân tử) khác  quá trình tái phân bố điện tích trên toàn bộ bề mặt khi bị nhiễm điện. Vật dẫn 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Chất bán dẫn (vật liệu bán dẫn)  Vật liệu mà các điện tích tự do định xứ tại những vùng nhất định có thể tự do di chuyển khi chịu các tác động từ bên ngoài (ánh sáng, nhiệt độ). Ví dụ: Si-líc, Germanium 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Điện tích tự do chính là các điện tử (electron) hóa trị do liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử mà dễ dàng bị bứt khỏi nguyên tử và trở thành điện tử tự do. Phân loại vật liệu theo độ dẫn (khả nĕng dẫn điện) Vật dẫn kim loại  Vật dẫn cân bằng tĩnh điện: vật có các điện tích tự do đứng yên. Chất điện môi Chất bán dẫn Vật dẫn Độ dẫn Bạc Đồng Nhôm Sắt Thủy ngân Than chì Nước Ger-ma-ni Si-líc Kh/khí khô GỗThủy tinh Cao su 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 3 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Không có quá trình dịch chuyển điện tích và vector cường độ điện trường bên trong vật dẫn (khối hoặc rỗng): 0trongE Điều kiện vật dẫn cân bằng tĩnh điện  Tại mọi điểm trên bề mặt vật dẫn EEn    Đường sức điện trường vuông góc với bề mặt vật dẫn tại mọi điểm   S 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 4 0tE Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Bên trong vật dẫn, E = 0: dSEVV N M NM   do E = 0  VM - VN = 0  Hiệu điện thế giữa M & N,  VM = VN = VA =VB Tính chất của vật dẫn cân bằng tĩnh điện Vật dẫn là vật đẳng thế 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện Bên ngoài vật dẫn  E  mặt đẳng thế tại mọi điểmnEE   NM 0trongE nEE   5 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tính chất của vật dẫn cân bằng tĩnh điện Phân bố điện tích phụ thuộc hình dạng bề mặt Điện tích chỉ phân bố trên bề mặt  Điện tích tập trung trên bề mặt vật dẫn   i iqdSE0 do E = 0  0i iq Bên trong vật dẫn, áp dụng định lý Gauss  Điện tích tập trung chủ yếu tại các bề mặt lồi hoặc mũi nhọn  Không có điện tích ở bề mặt lõm hoặc hốc Mặt Gauss 1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 6 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện Hiện tượng điện hưởng  Do lực hút tĩnh điện  các điện tử (electron) dịch chuyển ngược chiều E0 về phía bề mặt gần A tích điện (-), phía đối diện tích điện (+). 0 Điện tích cảm ứng 0E  Quả cầu B (trung hòa điện) đặtgần quả cầu A tích điện (đ/trường )  Quá trình dịch chuyển các điện tích  hình thành  chấm dứt khi khử  0trongE 'E  'E 0E   Quá trình phân bố lại các điện tích tự do trong vật dẫn dưới tác dụng của điện trường ngoài  hiện tượng cảm ứng điện tĩnh = điện hưởng. 7 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 0E  Thời gian của quá trình tái phân bố điện tích ~ 10-16 s  coi như tức thời. 2. Điện hưởng và tụ điện Hiện tượng điện hưởng 8 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện Hiện tượng điện hưởng Điện hưởng một phần  Chỉ một phần đường sức của A đi qua B còn một phần đi ra vô cùng.  Điện tích cảm ứng q’ có độ lớn nhỏ hơn độ lớn điện tích trên vật mang điện q.q’ < q  Điện tích cảm ứng 0q q’ 9 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện  Điện tích cảm ứng q’ có độ lớn bằng độ lớn điện tích trên vật mang điện q.q’ = q  Màn chắn tĩnh điện  Vật dẫn B bao kín vật mang điện A  tất cả đường sức của A đều tận cùng trên vật dẫn B. q q’ Hiện tượng điện hưởng Điện hưởng toàn phần  Vật dẫn cân bằng tĩnh điện rỗng đặt trong trường ngoài  tái phân bố điện tích  Etrong = 0 . 10 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Ở trạng thái cân bằng tĩnh điện  vật dẫn là vật đẳng thế với điện thế V  V tỉ lệ với điện tích của vật, tức là: V = k.Q Điện dung vật dẫn cô lập CconstV Q k 1  Q = C.V Điện dung C của một vật dẫn cô lập: đại lượng vật lý có giá trị bằng trị số điện tích mà vật dẫn tích được khi điện thế của nó bằng một đơn vị điện thế. C đặc trưng cho khả nĕng tích điện của vật dẫn  Đơn vị điện dung: Fara (F), theo đó: VCF 111  Nếu C = 1 F  )(10.910.86,8.14,3.4 14 9120 mCR   Vì thế, trong kỹ thuật điện và điện tử thường sử dụng các đơn vị có bậc nhỏ: 1 F = 10-6 F; 1 nF = 10-9 F hay 1 pF = 10-12 F R RO O R Q 04 1 V r Q 04 1  Với quả cầu tích điện đặt trong chân không, có: RVQC 04 2. Điện hưởng và tụ điện 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện Tụ điện  Hệ 2 vật dẫn cô lập ở điều kiện hưởng ứng điện toàn phần  Điện dung C của tụ: UQVV QC  21 Điện dung tụ điện  Fara là điện dung của một tụ điện khi có điện lượng 1 Coulomb thì hiệu điện thế giữa 2 bản cực bằng 1 volt  Mỗi vật dẫn là một bản cực của tụ điện, có điện tích +Q và –Q (ở trên bề mặt) , điện thế +V và –V. Hiệu điện thế giữa 2 bản cực: V1 – V2 = U 12 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện dung tụ điện Tụ điện phẳng 2. Điện hưởng và tụ điện  Hệ 2 vật dẫn là 2 bản kim loại phẳng, diện tích S, điện tích Q, -Q và điện thế V1, V2, cách nhau 1 khoảng d(rất nhỏ). S S U  Điện dung C của tụ: UQVV QC  21 Với: U = E.d và S QE  00 d S U QC  0 Muốn tĕng C -Tĕng S  nhược điểm: kích thước lớn- Giảm d  nhược điểm: U tĕng  phóng điện đánh thủng  Điện trường E giữa 2 bản cực coi như gây bởi 2 mặt phẳng song song vô hạn mang điện với mật độ điện mặt là   điện trường đều. Điện trường đều 13 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 14 2. Điện hưởng và tụ điện  Quá trình điện tích được tạo ra trên các bản cực của tụ phẳng khi có trường ngoài Điện tử di chuyển từ dây dẫn đến bản cực và định xứ ở đó. Điện tử di chuyển từ bản cực ra dây dẫn để lại điện tích dương trên bản cực còn lại (hiệu ứng điện hưởng). Điện trường giữa 2 bản cực. Mạch hở Mạch kín Không có điện tích trên 2 bản cực. Điệ nt rườ ng trê nd ây dẫ n Điệ n t rườ ng trê n d ây dẫ n Nguồn điện Điện dung tụ điện Tụ điện phẳng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện  Tổ hợp tụ ghép song song: Các bản cực (+) nối chung với a có điện thế V1, các bản cực (-)nối chung với b có điện thế V2 các tụ có chung 1 hiệu điện thế U = V1 – V2. Uab = U V1 V2 U Tụ 1 có điện dung C1, điện tíchtrên mỗi bản cực là Q1 và –Q1, tụ2 có điện dung C2, điện tích trênmỗi bản cực là Q2 và –Q2. Điện tích hệ tụ: Qhệ = Q1 + Q2  Điện dung hệ tụ: 2121 CCUQUQUQCC hêhêeqhê  Điện dung tụ điện Tụ điện phẳng  Hệ n tụ:  ni ineqhê CCCCCC 121 ... 15 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện dung tụ điện Tụ điện phẳng 2. Điện hưởng và tụ điện  Tổ hợp tụ ghép nối tiếp: bản cực (+) của tụ này nối với bản cực (-) của tụ kế tiếp. Uab = U Uac = U1 Ucb = U2 Uab = U  Do hiện tượng điện hưởng  điện tích trên mỗi bản cực của mỗi tụ bằng nhau: Q1 = Q2 = Qhệ Hiệu điện thế ở 2 đầu hệ tụ: 21 UUUhê  2121 h h h h 1111 CCUU Q U Q CC eq  ÖÖÖÖ  Điện dung hệ tụ:  Hệ n tụ:  ni ineq CCCCCC 121h 11...1111Ö 16 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện Điện dung tụ điện Tụ điện cầu  Hệ 2 bản mặt cầu kim loại đồng tâm, bán kính R1 và R2 (R1 > R2), điện tíchQ, -Q và điện thế V1, V2. R1R2 R1 R2  Hiệu điện thế giữa 2 bản cực tụ:   210 21 120 21 4 11 4 RR RRQ RR QVVU     Điện dung C của tụ:  21 2104 RR RRUQC  17 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2. Điện hưởng và tụ điện Điện dung tụ điện Tụ điện trụ R1 R2  Hệ 2 mặt trụ kim loại đồng trục, bán kính R1 và R2 (R1 > R1 và R2),điện tích Q, -Q và điện thế V1, V2. R1 R2 +Q -Q  Hiệu điện thế giữa 2 bản cực tụ: 1 2 0 21 ln2 R R l QVVU   Điện dung C của tụ: 1 2 0 ln 2 R R l U QC  18 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Thế nĕng của q2 trong trường gây bởi q1:    rqqrqqrqqW 012021210 4214214 1 V1 V2 Nĕng lượng hệ 2 điện tích điểm: 2211 2121 VqVqW   332211 23 2 13 1 0 3 12 1 32 3 0 2 31 3 21 2 0 1 31 13 23 32 12 21 0 312312 2 1 4 1 2 1 4 1 2 1 4 1 2 1 4 1 VqVqVqr q r qq r q r qqr q r qq r qq r qq r qqWWWW           Hệ 2 điện tích điểm q1 q2 Hệ 3 điện tích điểm r12 r23 r31 3. Nĕng lượng điện trường Nĕng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm 19 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. Nĕng lượng điện trường Nĕng lượng của một vật dẫn tích điện cô lập Nĕng lượng điện của một hệ vật dẫn tích điện  Nĕng lượng hệ n điện tích điểm:  ni iiVqW 121  Nĕng lượng vật dẫn: 221212121 CVVQdqVVdqW   C QCVW 2 2 2 1 2 1 Q = C.Vvì   Hệ vật dẫn có điện tích Q1, Q2,, Qn và điện thế V1, V2,, Vn i n i iVQW  1 21 Nĕng lượng hệ vật dẫn: Nĕng lượng tương tác của một hệ điện tích điểm 20 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. Nĕng lượng điện trường  Nĕng lượng điện của hệ 2 bản cực (vật dẫn):  22121 2121212121 CUQUVVQQVQVW  E  Nĕng lượng điện trường giữa 2 bản cực: dSECUW .2 1 2 1 2 0 2   Với: S.d = thể tích không gian giữa 2 bản tụ 2 02 1 EwE   Nĕng lượng điện trường chứa trong một đơn vị thể tích của không gian điện trường: EDEEwE 2 1.2 1 0 hay: Tụ điện phẳng Nĕng lượng điện trường 21 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Điện trường bất kỳ 3. Nĕng lượng điện trường  Chia nhỏ không gian có điện trường thành vô số các phần tử thể tích dV vô cùng nhỏ sao cho điện trường E trong dV được coi là đều.  Nĕng lượng điện trường trong một thể tích dV: dVDEdVwdW .2 1.   Nĕng lượng điện trường trong cả thể tích không gian điện trường:   V dVDEdWW .2 1  Nĕng lượng điện trường 22 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1. Các đặc trưng của dòng điện 2. Từ trường 3. Từ thông CHƯƠNG IV TỪ TRƯỜNG 4. Lưu số vector cường độ từ trường 5. Lực từ trường 6. Công của từ lực Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 1. Các đặc trưng của dòng điện Cường độ dòng điện
Dòng điện: dòng chuyển dời có hướng của các điện tích (electron - điện tử tự do trong vật dẫn, các i-ôn trong dung dịch điện phân, electron và i-ôn trong khối plasma). S I
Cường độ dòng điện: Đại lượng có trị số bằng điện lượng (số điện tích trong một đơn vị thời gian) chuyển qua một tiết diện trong môi trường dẫn điện. dt dq I =
Đơn vị: A (Ampere) dt dq dt dq I 21 +=
Trường hợp vật dẫn có 2 loại điện tích chuyển động: Định nghĩa đơn vị điện tích ∫∫ == tt Idtdqq 00 ♦ Từ đ/n cường độ dòng điện, có: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 1. Các đặc trưng của dòng điện Coulomb là điện lượng tải qua tiết diện một vật dẫn trong thời gian 1 giây bởi 1 dòng điện không đổi có cường độ bằng 1 Ampere. ♦ Nếu I = const ⇒ q = It Định nghĩa đơn vị điện tích Mật độ dòng điện
Xét các điện tích +q, CĐ với vận tốc đi qua một tiết diện Sn của dây dẫn,v Sn nSvnqdt qdn I ... 0== ♦ Theo đ/n cường độ dòng điện có: dtv. dV ♦ Trong khoảng thời gian dt, số điện tích nằm trong thể tích dV của dây: dtvSnq dVnqdnqdQ n .... ... 0 0 = === Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Sn M J r
Gốc: đặt tại một điểm nào đó trên một tiết diện vuông góc chiều dòng điện Vector mật độ dòng điện 1. Các đặc trưng của dòng điện Mật độ dòng điện ♦ có: vqnJ vqn S I J n rr 0 0 .. = == (Mật độ dòng điện: Dòng điện đi qua một đơn vị tiết diện)
Phương: theo hướng chuyển động của các điện tích (+) nS I J =
Độ lớn: dS α dSn J r dS nJ
Mặt S bất kỳ: SdJdSJJdSJdSdI nn rr .cos ==α== ∫=⇒ S SdJI rr . Cường độ và mật độ dòng điện
Từ đ/n mật độ dòng điện ⇒ Nếu J = const trên toàn bộ Sn, có: I = J.Sn Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Định luật Ohm (Georg Ohm) 1. Các đặc trưng của dòng điện S V1 V2 S l I S l R ρ=với:♦ Thực nghiệm: V1 - V2 = RI, R U R VV I = − = 21♦
Dạng vi phân: Xét đoạn dây dẫn độ dài dl, tiết diện dS, điện trở R, có điện thế tại 2 đầu là V và dl
Dạng thông thường: V + dV. A dS E r J r B dS (V) (V + dV) ♦ Hay: EJ rr .σ= (phương trình cơ bản của điện động lực) E E dS dI J .σ= ρ == với: ρ =σ 1 là độ dẫn điện. Đơn vị: 1/Ω = S (Siemens)♦ ρ = ρ −=−= +− = EdS dS dl dV R dV R dVVV dI 1)( ♦ Từ định luật Ohm thông thường, có: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Nguồn điện 1. Các đặc trưng của dòng điện
Xét 2 vật: A có điện thế cao hơn B, điện trường hướng từ A sang B. Nối A và B bằng vật dẫn M: - Hạt điện + c/đ từ A về B, hạt – c/đ từ B về A.  M có dòng điện, điện thế A giảm xuống, B tăng lên. Khi VA = VB thì dòng điện ngừng lại  Cần tác dụng một lực lên hạt + để c/đ ngược chiều điện trường về A. Lực này là lực lạ (lực phi tĩnh điện).  Trường gây ra lực lạ là trường lạ có nguồn tạo ra là nguồn điện Trường lạ có khả năng đưa các điện tích (+) từ nơi có điện thế thấp đến nơi có điện thế cao. ♦ Để duy trì dòng điện thì phải đưa hạt + về A. Do điện trường tĩnh, hạt + không tự về A (tương tự với hạt – ). V1 V2 *E r I I E r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Nguồn điện
Năng lượng tạo ra nguồn điện: 1. Các đặc trưng của dòng điện Nguồn điện ♦ Hóa năng: Ắc qui dùng chất điện phân ♦ Cơ năng: Tua bin gió, Tua bin nước,.. ♦ Quang năng: Pin mặt trời ♦ Nhiệt năng: Than, dầu mỏ, khí đốt Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 1. Các đặc trưng của dòng điện Sức điện động (electromotive force - emf) Định nghĩa
Công của lực điện trường do nguồn tạo ra làm dịch chuyển điện tích +1 một vòng quanh mạch kín của nguồn đó (từ cực có điện thế thấp đến cực có điện thế cao). dA = A =E V1 V2 *E r E r rE, dq E q hay ♦ Hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn điện U = E - I.r I I ♦ Luôn có sự cản trở bên trong đối với chuyển động của điện tích từ cực này đến cực kia ⇒ điện trở trong của nguồn điện (r) ⇒ hiệu điện thế nội: u= I.r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 1. Các đặc trưng của dòng điện
Xét mạch điện kín có vector điện trường ngoài E và điện trường E* của nguồn điện. V1 V2 *E r I I E r rE,Sức điện động (electromotive force - emf) Biểu thức ♦ Công điện trường tổng hợp thực hiện để di chuyển điện tích trong mạch: ( ) ldEEqA rrr∫ += * 0 )( =∫ ldE C rr Do: ldE C rr ∫= )( * E♦ ( ) ldEldEldEE q A CCC rrrrrrr ∫∫∫ +=+== )( * )()( * E♦ C )(
Suất điện động của nguồn điện: Công của lực lạ trong sự dịch chuyển điện tích +1 một vòng quanh mạch kín của nguồn đó. Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Cùng cực đẩy nhau Hiện tượng tự nhiên Nhân trái đất chứa sắt Vỏ cứng Khác cực hút nhau Cực địa lý BắcCực từ Nam Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Dòng điện với kim la bàn 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Hans Christian Oersted Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Từ trường của nam Nam châm với dòng điện 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Nam châm Tín hiệu từ âm-p-li (bộ khuếch đại) Cuộn dây tạo ra âm châm vĩnh cửu Hướng chuyển động Vòng treo đàn hồi Vành loa cố định Xương loa Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Hai dòng điện cùng chiều Andre Marie AmpereHai dòng điện ngược chiều Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Phần tử dòng điện I
Dòng điện: Dòng chuyển dời có hướng của các điện tích.
Điện tích CĐ với vận tốc ⇒ trong khoảng thời gian dt, các điện tích di chuyển được v r dtvld . rr = v r dtvld rv = dlI Định luật Ampere
Hai dòng điện tạo thành bởi sự chuyển dời (vận tốc v) của các điện tích đặt cách nhau khoảng r ⇒ tương tác ~ điện tích + vận tốc (hay Idl) và khoảng cách?
Hai điện tích đứng yên cách nhau khoảng r ⇒ tương tác tĩnh điện (Coulomb) ~ độ lớn các điện tích và khoảng cách r r r qq kF r r 2 21=
Phần tử dòng: là đoạn rất ngắn của dây dẫn có dòng điện, I ld r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com
Xét 2 dây dẫn đặt trong chân không có dòng điện I, I0 chạy qua. ♦ Xét 2 phần tử dòng điện vàlId r I0 I M O r r n r lId v 00 ldI v θ1 θ2 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Định luật Ampere : Khoảng cách giữa 2 gốc vector phần tử dòng điệnOMr = r♦ ♦ θ1: góc giữa vàlId r ,r r θ2: góc giữa và00 ldI r n v trên mỗi dây.00 ldI r n r ♦ P và M∈ mặt phẳng PlId r ♦ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com I0 I M O r r n r lId v 00 ldI v θ1 θ2 P 2. Từ trường Tương tác của các dòng điện Định luật Ampere 0Fd r + Phương: ⊥ ( )nldI rr ,00 + Chiều: lập thành tam diện thuận000 ,, FdnldI r + Độ lớn: 2 2001 0 sin.sin . r dlIIdl kdF θθ =
Lực do phần tử dòng tác dụng lên là vector - lực Ampere trong chân không lId r 00 ldI r 0Fd r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường π µ = 4 0k Với: m H7 0 10.4 −π=µµ0 là hằng số từ, có giá trị: ⇒ 20010 sin.sin. dlIIdl dF θθµ = Tương tác của các dòng điện Định luật Ampere 20 4 rπ 3 000 r )rl(IdldI 4π µµ Fd rrr r ∧∧ =
Trong môi trường đồng chất bất kỳ: 3 000 0 )( 4 r rlIdldI Fd rrr r ∧∧ = π µ
Biểu thức vector của lực Ampe: ♦ µ là độ từ thẩm trong môi trường Không khí: µ = (1+ 0,03 x 10-6) H/m Nước: µ = (1- 0,72 x 10-6) H/m Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Khái niệm từ trường
Thuyết tác dụng xa: + Tương tác giữa các dòng điện được truyền đi tức thời (v ~ ∞), + Tương tác được thực hiện không có sự tham gia của vật chất trung gian, + Khi chỉ có 1 dòng điện ⇒ tính chất vật lý của khoảng không gian bao quanh không bị biến đổi. ♦ Không phù hợp thực tiễn!
Thuyết tác dụng gần:
Đ/n: Khoảng không gian bao quanh các dòng điện và nam châm, thông qua đó có tương tác (lực) từ gọi là từ trường ⇒ trường vector. + Tương tác giữa các dòng điện được truyền đi không tức thời mà được truyền với v hữu hạn từ điểm này đến điểm khác trong không gian, + Tương tác được thực hiện thông qua sự tham gia của vật chất trung gian, + Khi chỉ có 1 dòng điện ⇒ tính chất vật lý của khoảng không gian bao quanh bị biến đổi ⇒ tạo ra trường xung quanh, giữ vai trò truyền tương tác. Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Bd r Bd r r r r r P 0 sinIdldB θµµ =
Đại lượng vật lý do phần tử dòng điện tạo ra tại một vị trí trong không gian bao quanh, đặc trưng cho ảnh hưởng của từ trường gây bởi phần tử dòng điện, có độ lớn: 2. Từ trường Cảm ứng từ Định luật Biot-Savart-Laplace (J. Baptiste Biot – Felix Savart – P. Samon Lapalce) lId v I P’24 rπ lId v Bd r I θ P r r 3 0 00 4 r rlId ldI Fd Bd rr r r r ∧ π µµ == + Gốc: tại điểm P, + Phương: ⊥ )lId r ,(r r + Chiều: xác định bằng qui tắc bàn tay phải Bd r I
Đơn vị : Testla [T] r r r q q F E rr r 2 00 4 1 πεε ==↔ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường B r Bd r ∫= BdB rr Cảm ứng từ Nguyên lý chồng chất từ trường nđidòng Ö Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Cảm ứng từ Nguyên lý chồng chất từ trường
Vector cảm ứng từ gây bởi nhiều dòng điện bằng tổng các vector cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra. B r iB r ∑=+++= n in BBBBB 21 ... rrrrr 2. Từ trường ∑=+++=⇔ n in EEEEE 21 ... rrrrr =i 1 Cường độ từ trường
Vector cường độ từ trường tại một điểm trong trường bằng tỉ số của vector cảm ứng từ với tích µ0µ H r µµ = 0 B H r r
Đơn vị : Oersted [A/m] =i 1 ED rr 0εε=⇔ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com A
Đoạn dây AB, mang dòng điện I ⇒ xác định từ trường do AB gây ra tại M.B r 2. Từ trường Từ trường gây bởi dòng điện thẳng A K θ Idl l Bd r lId r
Chia dây AB thành những phần tử nhỏ có chiều dài dl ⇒ Vector do phần tử dòng gây ra tại M, có độ lớn: 0 sinIdldB θµµ = θ θ2 Idl l M B I a B H M I a Bd r 24 rπ B θ1 a B r ∫∫ θ π µµ == ABAB r dlI dBB 2 0 sin 4 ♦ Do các cùng chiều nên:Bd r
Theo nguyên lý chồng chập, của đoạn dây AB, gây ra tại M: B r ∫= AB BdB rr Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Từ trường gây bởi dòng điện thẳng A K θ θ2 Idl ♦ Theo hình vẽ: ϕ= tg a l sinθ = cosϕ ( )[ ] ϕ ϕ =ϕ= 2cos d atgdadl ϕ= cos a = a r⇒ ∫∫ θ π µµ == ABAB r dlI dBB 2 0 sin 4 B H M I θ1 ϕ ϕ1 ϕ2 a B r l r ϕcos ∫∫ + − == 2 1 cos 4 0 ϕ ϕ ϕϕ π µµ a dI dBB♦ ( )120 sinsin4 ϕϕ π µµ += a I ( )210 coscos4 θθ π µµ −= a I B Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Từ trường gây bởi dòng điện thẳng A H M K θ θ2 ϕ ϕ2 Idl
Cường độ từ trường ( )21 0 coscos 4 θ−θ π = µµ = a IB H
Nếu dây dài vô hạn (dòng điện thẳng dài vô hạn), có: B I θ1 ϕ1a B r a I B π µµ = 2 0 a I H π = 2
Nếu I = 1A, và 2πa = 1 ⇒ H = 1 A/m ♦ A/m là cường độ từ trường gây ra trong chân không bởi 1 dòng điện có cường độ 1A chạy qua 1 dây dẫn thẳng dài vô hạn, tiết diện tròn, tại các điểm của 1 đường tròn có trục nằm trên dây đó và có chu vi bằng 1m. Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com
Dây tròn bán kính R, mang dòng điện I ⇒ xác định từ trường do dây gây ra tại M trên trục của dòng điện cách tâm O khoảng h. B r M h 2. Từ trường Từ trường gây bởi dòng điện tròn M 1Bd r 2Bd r r h 21 BdBd rr + xdB1 ydB1
Coi dây điện tròn là do các phần tử độ dài dl tạo thành ♦ Áp dụng đ/l Biot-Savart-Laplace ⇒ từ O I I I R1ld r 2ld r I β R trường do mỗi phần tử dòng Idl sinh ra tại M có độ lớn: 2 0 sin 4 r Idl dBi θ π µµ = ♦ θ là góc giữa và ⇒ θ = π/2 ( ⊥ R và h)ld r r r ld r 2 0 4 r Idl dBi π µµ =Vì vậy: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường M 1Bd r 2Bd r r h β 21 BdBd rr + xdB1 ydB1 Từ trường gây bởi dòng điện tròn iiiy dBr R dBdB == βcos iBd r ♦ Mỗi vector có 2 thành phần dBix và dBiy, theo đó,
Áp dụng nguyên lý chồng chất ⇒ tổng các dBix = 0 do tính đối xứng, chỉ còn lại thành phần dBy tổng cộng. 1ld r 2ld r O I I I β R trong đó: S = πR2 và r = (R2 + h2)1/2
Cảm ứng từ B do cả dòng điện tròn gây ra tại M: ( ) 2/322 0 3 0 3 0 2 2 44 hR IS R r IR dl r IR dBB nđidòng y + ==== ∫∫ π µµ π π µµ π µµ Ö 3 0 4 r IRdl dBy π µµ =⇒= 2 0 4 r Idl dBmà i π µµ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Moment từ (Magnetic moment) Moment (lưỡng cực) điện – Electric (dipole) moment dqp rr = - q +qd r 0 Moment (lưỡng cực) từ – Magnetic (dipole) moment I SIpm rr .= n v S: diện tích mặt kín
Cảm ứng từ B của dòng điện tròn gây ra tại tâm dòng điện: 3 0 2 R p B m π µµ = SIpm rr .= ( ) ( ) 2/322 0 2/322 0 22 hR p hR SI B m + = + = π µµ π µµ
Cảm ứng từ B do dòng điện tròn gây ra tại 1 điểm nằm trên trục của dòng điện: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 2. Từ trường Từ trường gây bởi hạt điện tích chuyển động
Xét điện tích q > 0 CĐ với vận tốc v ⇒ tạo ra phần tử dòng điện Idl. v r + q ♦ Số điện tích chứa trong thể tích có chiều dài dl và tiết diện Sn của phần tử dòng điện sẽ là: dn = n0.Sn.dl lId r Sn
Áp dụng đ/luật Biot-Savart-Laplace ⇒ cảm ứng từ dB do phần tử dòng Idl (có dn Bd r r r M θ ♦ Cảm ứng từ do một hạt điện tích q CĐ gây ra: 3 0 0 4 r r dl ld Sn I dn Bd B n q rrr r ∧== π µµ Do nn SvqnJSI ...0== vdl ld v r r =và 3 0 4 r rvq Bq rr r ∧ =⇒ π µµ
theo thứ tự lập thành một tam diện thuận ⇒ độ lớn của : rvBq rrr ,, qB r 2 0 3 0 sin 4 sin 4 r qv r qvr Bq θ π µµθ π µµ == điện tích) gây ra tại M, cách một đoạn r: 3 0 4 r rlId Bd rr r ∧ = π µµ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Đường sức từ trường
Đường cong hình học mô tả từ trường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với phương của vector cảm ứng từ tại điểm đó.
Chiều đường sức từ trường là chiều vector cảm ứng từ. B B Từ phổ: tập hợp các đường sức từ trường 2. Từ trường Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Dòng điện tròn Nam châm chữ U Từ phổ 2. Từ trường Đường sức từ trường Ống dây Dòng điện thẳng Đường sức từ trường Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Xác định chiều đường sức từ trường bằng qui tắc nắm bàn tay phải Chiều dòng điện Chiều đường sức 2. Từ trường Đường sức từ trường Dòng điện tròn Dòng điện thẳng Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 3. Từ thông B r Sn Φ = B.Sn Định nghĩa
Thông lượng vector cảm ứng từ gửi qua một thiết diện có trị số tỉ lệ với số đường sức cắt vuông góc thiết diện đó. Thông lượng vector cảm ứng từ - Từ thông ↔ Φe = D.Sn B r n r (Sn) (S) αα
Tiết diện (S) tạo với Sn góc α SB rr .♦ Φ = B.Sn = B.S.cosα = Bn.S = Bn là hình chiếu của B lên pháp tuyến n r Có: Sn = S.cosα Thông lượng đi qua tiết diện bất kỳ SDe r .=Φ↔ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Từ trường thay đổi và S lớn Thông lượng vector cảm ứng từ - Từ thông 3. Từ thông
S tạo bởi vô số phần tử diện tích dS: n r B r α (S) dS dΦ = Bn.dS = B.dSn ∫∫∫ ==Φ=Φ )()()( . SS n S SdBdSBd rr
Từ thông gửi qua S: Nếu mặt S phẳng, nằm trong từ trường ∫=Φ⇔ S e SdD rr . Đơn vị từ thông: Webe (Wb) ⇒ 1 T = 1 Wb/m2 ♦ Để tính từ thông gửi qua S bất kỳ ⇒ chia S thành những phần tử diện tích vô cùng nhỏ dS, sao cho có thể coi vector cảm ứng từ B không đổi trên mỗi phần tử đó.
đều (B = const) và vuông góc với đường sức từ (α = 0) SBdSBBdS SS . )()( ===Φ ∫∫ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Mặt cong kín Thông lượng vector cảm ứng từ - Từ thông 3. Từ thông Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Định lý Gauss đối với từ trường 3. Từ thông ♦ Từ thông âm ⇒ đường sức đi vào, ♦ Từ thông dương ⇒ đường sức đi ra.
Qui ước: Chiều dương của pháp tuyến đối với mặt cong kín hướng ra ngoài mặt đó. n rn r (S) ∫=Φ )( . S SdB rr 0. )( == ∫ S SdBΦ rr ♦ Từ thông toàn phần gửi qua một mặt kín (S) bất kỳ bằng không, ∫∫ = )()( .. VS dVBdivSdB rrr Có: ⇒ Từ trường có tính chất xoáy 0. )( =∫ V dVBdiv r ♦ 0=Bdiv r hay: α α B r B r n r n r (S) Mặt kín
Định lý Gaus: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 4. Lưu số vector cường độ từ trường Định nghĩa (C) ♦ Đường kín (C) bất kỳ ∈ từ trường bất kỳ. H r ♦ Vector chuyển dời ứng với đoạn MM’ trên (C). :ld r
Xét: H rM M’dl ),cos(.. )()( ldHdlHldH CC rrrr ∫∫ =
Lưu số của vector cường độ từ trường: Đại lượng có giá trị bằng tích phân của lấy theo một đường kín đó. l.dH rr Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 4. Lưu số vector cường độ từ trường Định lý Ampere về dòng điện toàn phần H Đường kín tạo thành bởi các phần tử độ dài dl ld r (C) Odϕr M’ I KM gây bởi dòng điện thẳng vô hạn, cường độ I HB rr ,+ + Chiều của là chiều dươngld r
Xét: + Đường cong kín (C) bao quanh dòng điện ⊥ I.
Theo đ/n lưu số vector cường độ H: dl H r H r
Từ trường gây bởi dòng điện thẳng: r I H π = 2 ⇒ ∫∫ π= )()( ),cos(. 2 . CC r ldHdlI ldH rr rr
Trong
MKM’: ( ) ϕ≈≈ rdMKldHdl rr ,cos. ∫∫ ϕπ=⇒ )()( 2 . CC d I ldH rr ∫∫ = )()( ),cos(... CC ldHdlHldH rrrr Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com I(C) 4. Lưu số vector cường độ từ trường Định lý Ampere về dòng điện toàn phần ∫∫ ϕ= (C)(C) d 2π I ld.H: rr có
(C) bao quanh dòng điện: Có: πϕ 2 )( =∫ C d Ild.H (C) =⇒ ∫ rr ∆ϕ b 2
(C) không bao quanh dòng điện O 0dddcó 1b22a1C =ϕ∆−+ϕ∆=ϕ+ϕ=ϕ ∫∫∫ )(: )()()( 0ld.H (C) =⇒ ∫ rr a 1 ♦ Coi (C) tạo bởi 2 đoạn 1a2 và 2b1 Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com
Từ trường gây bởi nhiều dòng điện I 4. Lưu số vector cường độ từ trường Định lý Ampere về dòng điện toàn phần ♦ Lưu số của vector cường độ từ trường dọc theo một đường kín bất kỳ bằng tổng đại số cường độ của các dòng xuyên qua ∑∫ = = n i i C IldH 1)( . rr ∫ ∑ = ==Φ⇔ n i ie qSdD 1 . rr (C)diện tích giới hạn bởi đường kín đó.
Ý nghĩa của định lý Ampere: ♦ Từ trường có nguồn gốc từ dòng điện; ♦ Từ trường 0. 1)( ≠= ∑∫ = n i i C IldH rr ⇒ trường khép kín (xoáy), không phải là trường thế. (Điện trường: 0. )( =∫ C ldE rr ⇒ trường không khép kín và là trường thế do A = 0 ) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com R2 R O ♦ C1 bao quanh các cặp dòng điện ngược chiều nhau có cùng độ lớn ⇒ tổng đại số các dòng điện ở VP = 0 4. Lưu số vector cường độ từ trường
Đặc điểm: Cuộn dây có n vòng dây ⇒ n dòng điện I, cuộn thành vòng tròn tâm O, với R1 & R2 là BK trong và ngoài của cuộn dây. O R1 R2
Xét đường kín C1, có: ∑∫ = n i i C IldH )( 1 . rr Từ trường gây bởi dòng điện của cuộn dây hình xuyến Xác định từ trường áp dụng định lý Ampere 1 nên VT = 0 ⇒ ko có từ trường ở phía ngoài cuộn dây.
Xét đường kín C2, có: ∑∫ = n i i C IldH )( 2 . rr ♦ C2 ko bao quanh dòng điện nào ⇒ tổng đại số các dòng điện ở VP = 0 nên VT = 0 ⇒ ko có từ trường ở phía trong cùng cuộn dây.
Xét đường kín C, có: ∑∫ = n i i C IldH )( . rr ♦ VT = H.2πR, VP = nI R nI H π2 =⇒ ⇒ từ trường đều và chỉ ở giữa cuộn dây. (C1) R1 (C2) (C) H r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 4. Lưu số vector cường độ từ trường Xác định từ trường áp dụng định lý Ampere Từ trường gây bởi dòng điện trong ống dây thẳng vô hạn n vòng dây O R1 R2 với ♦ Do đó cường độ từ trường tại mọi điểm bên trong ống dây đều bằng nhau ♦ Ống dây có thể được xem như cuôn dây hình xuyến có các bán kính R1 = R2 = ∞ R nI H π2 = 0 â 2 n R n == èngcña dµi ChiÒu yd vßng sè Tæng π
Xảm ứng từ trong ống : B = µµ0n0I ⇒ H = n0I Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 4. Lưu số vector cường độ từ trường Xác định từ trường áp dụng định lý Ampere Từ trường gây bởi dòng điện trong ống dây thẳng vô hạn ♦ Từ trường bên ngoài ống dây B = 0 do mỗi vòng dây cạnh nhau tạo ra từ trường có chiều ngược nhau;
Đặc điểm ♦ Ống dây có n vòng dây ⇒ n dòng điện I; n vòng dây ♦ Từ trường chỉ tập trung bên trong ống dây và có độ lớn B = const. constB = r Bên ngoài ống dây, đường sức từ trường ở 2 vòng dây lân cận ngược chiều nhau I 0=B r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 4. Lưu số vector cường độ từ trường Xác định từ trường áp dụng định lý Ampere Từ trường gây bởi dòng điện trong ống dây thẳng vô hạn ∫∫∫ ++== ld.Hld.Hld.HVT rrrrrr (C) L
Xét một đường kín (C) hình chữ nhật bao quanh các dòng điện, có cạnh ab và cb // B (độ dài L), cạnh bc và da ⊥ B. ♦ Theo đ/l Ampere có: nIldH C =∫ )( . rr
Những ống dây có độ dài ≥ 10 lần đường kính ⇒ coi là ống dây dài vô hạn. ∫∫ ++ dacd bcab(C) ld.Hld.H rrrr (n0 = số vòng dây/1 đơn vị chiều dài là mật độ vòng dây). In L nI HnIHL: 0==⇒=Có HL 0 0 0 Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 5. Lực từ trường B r B r B r F r ld r
Khi đặt 1 phần tử dòng trong từ trường ⇒ chịu tác dụng 1 lực Ampere:B r lId r BldIFd rrr ∧= . Tác dụng lên phần tử dòng điện Tác dụng của từ trường lên dòng điện ♦ 3 vector BldIFd rrr ,., ⇒ tam diện thuận I F r B r Phần tử dòng điện Độ lớn: F = I.lBsinθ BlIF rrr ∧= . Tác dụng lên dòng điện thẳng Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 5. Lực từ trường Tương tác giữa 2 dòng điện thẳng song song dài vô hạn
Hai dòng điện cùng chiều I2I1 B r M d I 2 B 101 π µµ = 2F r 122 Bl.IF rrr ∧= 1F rM’ .r ♦ Ampere là cường độ của một dòng điện không đổi theo thời gian, khi chạy qua 2 dây dẫn thẳng song song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ không đáng kể, đặt trong chân không cách nhau 1 mét thì gây trên mỗi mét dài của mỗi dây dẫn 1 lực bằng 2.10-7 N. 1+ có độ lớn: d II 2π µµ F 2102 =
Hai dòng điện ngược chiều: đẩy nhau 2B Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com B r I x y z + Dòng điện I chạy trong khung dây chữ nhật (cạnh a và b); ⊥+ B r P và cạnh a ∈P; z;OconstB //và=+ r + Hệ tọa độ Oxyz, O nằm ở tâm vòng dây;
Xét: 5. Lực từ trường Tác dụng của từ trường đều lên khung dây (mạch điện kín) SI.nI.S.pm rrr == n r I I SO F r a b B r B r mp r n r α I I I O
Áp dụng qui tắc bàn tay phải: b bF r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 5. Lực từ trường Tác dụng của từ trường đều lên khung dây (mạch điện kín) B r B r mp r n r α I I aF r x y z
Áp dụng qui tắc bàn tay phải: d a b B r I I aF r
Moment ngẫu lực: dFa rrr ∧=M b α Hay: M = Fa.d = Fa.b.sinα = = I.a.B.b.sinα = = I.a.b.B.sinα = = I.S.B.sinα = Pm.B.sinα Bpm rrr ∧=M♦ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Tác dụng của từ trường đều lên khung dây (mạch điện kín) B r B r B r mp r n r α I I x y z
Công vi phân ngẫu lực thực hiện để khung quay từng góc nhỏ dα: αα−=α−= dBpddA m .sin..M. dấu (-) vì khi ngẫu lực sinh công dA >0 làm giảm góc α
Công ngẫu lực thực hiện 5. Lực từ trường a b I I
Thế năng khung dây: Wm(α) = - pm.B.cosα ( ) B.pαW: mm rr −=hay ( ) ( ) ( )0 )( mm mm 0 α m WαW .B.cos0p.B.cosαp dα..B.sinpA −= =−−−= =α−= ∫ quay khung từ vị trí nghiêng 1 góc α so với đến khi :Bpm rr ≡ mp r B r Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Tác dụng của từ trường lên hạt tích điện chuyển động 5. Lực từ trường α B r v r
Hạt tích điện q chuyển động với vận tốc trong từ trườngv r B r ♦ CĐ của q ⇔ hình thành phần tử dòng lId r ♦ vì: I = J.S = n0.q.v.S ⇒ Idl = n0.S.dl.q.v = dn.q.v (trong đó, dn = n0.dV là số điện tích có trong một đơn vị thể tích dV = S.dl của phần tử dòng Idl) LF r α B r v rL F r ♦ Biểu thức vector: BvqFL rrr ∧= BvFL rrr ,⊥⇒ ♦ Từ lực tác dụng lên số dn điện tích: dF= dn.q.v.B.sinα hay: dF = Idl.B.sinαBlIdFd rrr ∧=
Trong từ trường phần tử dòng Idl (có dn điên tích) chịu tác dung của lực Ampere: ,B r αsin... BvqF dn dF L ==
Từ lực tác dụng lên một điện tích q: (Lực Lorentz) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com Tác dụng của từ trường lên hạt tích điện chuyển động 5. Lực từ trường
Xét q > 0 chuyển động với vận tốc vào trong từ trường đều :v r B r v r+q B r♦ q chịu tác dụng của lực Lorentz FL vFL rr ⊥ ♦ FL không sinh công khi q CĐ do r LF r ♦ Động năng của q, Wđ = const trong quá trình CĐ ⇒ không thay đổi độ lớn ⇒ chỉ thay đổi hướng. v r R mv F 2 L == αnis.B.v.q
q CĐ theo quĩ đạo cong ⇒ FL đóng vai trò là lực hướng tâm, tức là: Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 5. Lực từ trường Tác dụng của từ trường lên hạt tích điện chuyển động
Trưởng hợp, Bv rr ⊥ B rv r Đường xoắn ốc ♦ q CĐ theo quĩ đạo tròn: + Chu kỳ: qB m v R T π = π = 22 qB mv R =+ Bán kính: Quỹ đạo điện tích R mv q.v.B 2 =⇒ qB mv R ⊥=♦ v⊥ làm điện tích CĐ theo quĩ đạo tròn có bán kính: ♦ v// làm điện tích CĐ theo phương B có bước lặp quĩ đạo tròn: l = v//.T q CĐ theo quĩ đạo hình xoắn ốc. l m qB =ω+ Tần số: α=),( Bv
Trường hợp tổng quát, α B r v r ⊥v r //v r //vvv rrr += ⊥⇒ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com C D + Thanh kim loại (CD) độ dài L trượt trên hai dây dẫn song song có dòng điện I + ⊥ mặt phẳng của 2 dây dẫnB r
Xét: 6. Công của từ lực ♦ Thanh chịu tác dụng của lực Ampere: dx x y z F + dS = L.dx : diện tích quét bởi CD khi di chuyển + dΦm = B.dS dA = I.dΦm F = I.L.B ♦ F thực hiện công dA để thanh kim loại dịch chuyển 1 đoạn dx: dA = F.dx = I.L.B.dx Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 6. Công của từ lực
Xét đoạn di chuyển từ 1 đến 2, có: FC D 1 2 mmm mm II dIdIdAA ∆Φ=Φ−Φ= =Φ=Φ== ∫∫∫ .)( . 12 2 1 2 1 2 1 ⇔ Aab = q0(Va - Vb) ♦ Công của từ lực khi dịch chuyển một mạch điện bất kỳ trong từ trường bằng tích giữa cường độ dòng điện trong mạch và độ biến thiên của từ thông qua diện tích của mạch đó ♦ Thỏa mãn cho mọi mạch điện bất kỳ
Đơn vị: Joule (J) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 18/03/2013 1 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ 2. Hiện tượng tự cảm 3. Nĕng lượng từ trường CHƯƠNG V CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ Michael Faraday (1791-1867) Thí nghiệm Faraday v N S v v 'B 'B S N S N I I v v 'B'B S N S N I I Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 2 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm Faraday Michael Faraday (1791-1867) v 'B B Tĕng dần B thay đổi I I 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Dòng cảm ứng xuất hiện trong mạch kín là kết quả của quá trình biến đổi từ thông qua mạch đó. Dòng cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch thay đổi.  Cường độ dòng cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.  Chiều dòng cảm ứng phụ thuộc vào từ thông gửi qua mạch tĕng hay giảm. Thí nghiệm Faraday Michael Faraday (1791-1867) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 3 Định luật Lenz Heinrich Lenz (1804-1865)  Nội dung: Dòng cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó. 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Áp dụng: 'B S N S N v IC B’B  Khi cực Bắc (N) tiến vào vòng dây từ thông m do từ trường B của namchâm gửi qua cuộn dây có chiều từ trên xuống và tĕng dần  xuất hiện dòng cảm ứng IC  tạo ra B’ cảm ứng ngượcchiều B  từ thông ’m của B’ chốnglại sự tĕng của m  xác định chiều Ic. v  S N IC B’ B Rút thanh nam ra khỏi vòng dây  hiện tượng ngược lại. Sức điện động cảm ứng  Dịch chuyển vòng dây dẫn kín trong B 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Công của từ lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng Ic : dA = Ic. dm  Biến thiên từ thông gửi qua vòng dây trong thời gian dt: dm  x.h dòng cảmứng Ic chứng tỏ có một nguồn điện cảmứng hay s.đ.đ cảm ứng Ec trong mạch  Theo đ/l Lenz: từ lực tác dụng lên Ic phải ngĕn cản sự dichuyển của vòng dây (nguyên nhân sinh ra Ic)  là công cản: dA’ = - dA = - Ic. dm  Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 4 Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ Sức điện động cảm ứng trong một mạch kín bất kỳ bằng về trị số nhưng khác dấu với tốc độ thay đổi của từ thông qua mạch. Nếu từ thông gửi qua diện tích mạch kín giảm từ giá trịm về 0: ttdt d mmm C  0E  m =Ec .t Webe là từ thông gây ra trong một vòng dây dẫn bao quanh nó một sức điện động cảm ứng bằng 1 V khi từ thông đó giảm đều xuống giá trị 0 trong thời gian 1 s  Theo đ/l bảo toàn nĕng lượng: dA’ chuyển thành NL của IcdA’ = -Ic. dm = Ec.Ic.dt (NL của Ic) dtd mC E Sức điện động cảm ứng 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ Với t = 1 s, Ec = 1 V  m = 1 (V) . 1 (s) = 1 Webe (Wb)  Định nghĩa đơn vị từ thông Máy phát điện xoay chiều 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Vị trí ban đầu của khung tương ứng góc  giữa pháp tuyến mặt phẳng khung và Bn Sau khoảng thời gian t  vị trí khung ứng với góc: = t +   Khung dây (N vòng dây) diện tích S quay trong từ trường đều ( ) với vận tốc góc  . constB  IC  B n O Chổi than Cổ góp  ~  Từ thông gửi qua khung sau khoảng thời gian t:m = N.B.S.cos = N.B.S.cos(t+) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 5 Máy phát điện xoay chiều 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Đặt Ecmax = N.B.S.  αωc  tsin.maxC EE  Chu kỳ = chu kỳ quay của khung: ω2πT  Dòng cảm ứng ωtRNBSωREI Cc sin 0maxc IR NBSωI  Ic = I0.sintĐặt:  Khi khung quay đều trong từ trường  xuất hiện 1 s.đ.đ cảm ứng xoay chiều hình sin theo đ/l Lenz:    tsin..N.B.SdtdΦmCE m = NB.S.costωtNB.S.ωB.S.C Em ,Ec, Vị trí khung dây trong từ trường B Dòng xoáy (dòng Foucault/ eddy current) 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ Léon Foucault (1819-1868)  Xuất hiện từ trường riêng của dòng cảm ứng IF Cuộn dây Từ trường cuộn dây Dòng xoáy Từ trường dòng xoáy Vật dẫn  Hệ quả:  Nĕng lượng dòng Foucault xuất hiện trong khối vật dẫn sẽ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt  tiêu hao nĕng lượng vô ích  giảm hiệu suất thiết bị (đặc biệt với các động cơ).  Khi đặt trong từ trường biến thiên, trong khối vật dẫn sẽ xuất hiện dòng cảm ứng khép kín gọi là dòng Foucault hay dòng điện xoáy : RI c F E R: điện trở khối vật dẫn (thường nhỏ) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 6 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ  Do có từ trường của dòng cảm ứng xuất hiện trên bề mặt vật dẫn  ứng dụng trong các thiết bị dò tìm kim loại. Cửa an ninh (security gate) Cuộn phát Cuộn thu Dòng xoáy Báo động Thiết bị dò mìn (mine detector) Dòng xoáy Dòng tạo từ trường Dòng cảm ứng do từ trường dòng xoáy Dòng xoáy (dòng Foucault/ eddy current) 2. Hiện tượng tự cảm Hiện tượng  Đóng mạch  quá trình ngược lại. Dòng tự cảm: dòng điện sinh ra trong một mạch điện khi từ thông gửi qua mạch bởi dòng điện của mạch đó thay đổi. Mạch điện: + ống dây có lõi sắt + Điện kế (G) K GI G Ic  Ngắt mạch  từ thông qua cuộn dây giảm từ m  0:Xuất hiện dòng cảm ứng Icngược chiều dòng ban đầu (đ/l Lenz)  kim của G lệch theo chiều ngược lại. G  Sau khoảng thời gian t  kim G trở về 0 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 7  Trong mạch điện đứng yên và không thay đổi hình dạng, sức điện động tự cảm luôn bằng tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch. S.đ.đ tự cảm 2. Hiện tượng tự cảm  m B B  IDo: m  I = L.I dt d m tc E Theo đ/l Lenz: dt dILdt LId tc  )(E  Đ/v mạch đứng yên và giữ nguyên hình dạng: (L: Hệ số tự cảm) 2. Hiện tượng tự cảm  Do  lõi sắt lớn  đơn vị H lớn  thực tế chỉ dùng đơn vị mH = 10-3 H, hoặc 1H = 10-6 H Hệ số tự cảm lS  Trường hợp ống dây có lõi sắt: l S.n I.l S.I.n I N.B.S I ΦL 22 00    Đơn vị : Henry (H), AWb11A1Wb1H  H là hệ số tự cảm của 1 mạch kín, khi có dòng điện cường độ 1 A chạy qua mạch đó thì sinh ra trong chân không, từ thông bằng 1 Wb.  Định nghĩa đơn vị đo hệ số tự cảm (L) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 8 Hiệu ứng bề mặt B  Khi cho dòng điện cao tần chạy qua 1 dây dẫn  dòng tự cảm chỉ xuất hiện ở bề mặt dây dẫn 2. Hiện tượng tự cảm  Dùng dây dẫn rỗng để tải dòng cao tần Kỹ thuật tôi bề mặt hợp kim bằng dòng cao tần  Ứng dụng trong công nghệ:  Tần số f = 103 Hz  dòng tự cảm chạy trong lớp vật liệu bề mặt ~ 2 mm Tần số f = 105 Hz  dòng tự cảm chỉ chạy trong lớp vật liệu bề mặt ~ 0,2 mm 3. Nĕng lượng từ trường i0 i0 + Sức điện động E, dòng i0 + Ống dây hệ số tự cảm L + Điện trở R Mạch điện có khóa K: i0 K  Khi đóng mạch  i  B & m gửi qua L   itc ngượcchiều i0  i = i0 - itc  NLnguồn (~ i02) > NL mạch (~ i2). itc Ki0  Khi ngắt mạch  i   B & m gửi qua L   itc cùngchiều i0  i = i0 + itc  NLnguồn (~ i02) < NL mạch (~ i2). Nĕng lượng từ trường của một ống dây Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 9  Áp dụng đ/l Ohm trong quá trình hình thành dòng điện i: E + Etc = R.i NL nguồn NL nhiệt NL từ trường 2 Ii 0i W 0 L.I2 1L.i.didWW     NL từ trường khi thiết lập dòng điện trong ống dây: dW = L.i.di 3. Nĕng lượng từ trường Nĕng lượng từ trường của một ống dây dt diLR.i EHay: E idt = R.i2dt + L.i.di  Nhân 2 vế với idt: 3. Nĕng lượng từ trường Mật độ nĕng lượng từ trường l 2 2 2 0 2 2 02 m Il nμμ2 1 l.S Il Snμμ2 1 l.S L.I2 1 V Ww   Mật độ NL từ trường trong ống dây: Il nμμB 0  Trong ống dây có thể tích: V = l.S  Áp dụng cho mọi từ trường bất kỳ 0 2 m μμ B 2 1w  (trong ống dây: B = const) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 10 3. Nĕng lượng từ trường Nĕng lượng từ trường không gian  Chia không gian từ trường thành những thể tích vô cùng nhỏ dV sao cho B = const trong mỗi dV.  Nĕng lượng từ trường trong mỗi thể tích dV: dVBdVwdW mm 0 2 2 1  Nĕng lượng từ trường trong cả không gian:  V 02 1 dVBdWW 2 V mm  0 BH  V21 BHdVWm Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 1 1. Sự từ hóa và phân loại vật liệu từ 2. Tính chất từ nguyên tử 3. Nghịch từ và thuận từ 4. Sắt từ CHƯƠNG VI VẬT LIỆU TỪ Sự từ hóa 1. Sự từ hóa và phân loại vật liệu từ  Thanh sắt non bị hút bởi nam châm, sau đó trở thành một thanh nam châm  bị từ hóa! 0B  Vật bị từ hóa trong từ trường ngoài 'B có từ trường riêng '0 BBB   Từ trường tổng hợp:  Mọi chất trong tự nhiên cũng đều chịu tác động của từ trường bị từ hóa, nhưng với mức độ khác nhau. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 2  Đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ từ hóa của vật liệu được xác định bằng số các moment từ trong 1 đơn vị thể tích của khối vật liệu: V p M V m   M = mH (với vật liệu nghịch từ và thuận từ)   : độ cảm từ (magnetic susceptibility)   và M thể hiện bản chất bên trong của vật liệu  Đơn vị của từ độ: A/m Vector độ từ hóa (từ độ) 1. Sự từ hóa và phân loại vật liệu từ 1. Sự từ hóa và phân loại vật liệu từ Phân loại vật liệu từ Thuận từ  Ví dụ: Ma-nhê (magnesium - Mg), Mô-líp (molibdenum - Mo), li-ti (lithium - Li) Nghịch từ  Ví dụ: Bismut, đồng (copper - Cu), bạc (silver - Ag), vàng (gold - Au).  Vật liệu bị đẩy bởi trường ngoài H (Oe) M = H M (A/m)  > 0 'B (rất nhỏ) ngược chiều 0B   0BB   'B (rất nhỏ) cùng chiều 0B  0BB   Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 3  Ví dụ: Sắt (Iron - Fe), ni-ken (nickel - Ni), cô-ban (cobalt – Co), mĕng-gan (manganese – Mn), các hợp kim của sắt, fer-rít. Mức bão hòa H (Oe) M (A/m) 1. Sự từ hóa và phân loại vật liệu từ Phân loại vật liệu từ Sắt từ 'B (lớn) cùng chiều 0B  0BB   2. Tính chất từ của nguyên tử  Tính chất từ của vật chất là do sự tồn tại của các moment từ (dipole) hình thành bởi các moment từ spin và moment từ quỹ đạo của các electron bên trong các nguyên tử. l e- là thành phần cấu tạo củanguyên tử, CĐ quanh hạt nhân.  Từ trường do dòng điện sinh ra,  Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của electron (e-). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 4 Moment từ quĩ đạo của electron  Dòng điện do CĐ của e-: revei ..2 .   Chu kỳ quay của e- trên quĩ đạo:  r2 i i i Moment (lưỡng cực) từ – Magnetic (dipole) moment I SIpm . S Từ định nghĩa moment từ  moment từ quĩ đạo của e-: 2 ...2. 2 rverr evSipm   2. Tính chất từ của nguyên tử * Theo quan điểm cổ điển Moment động lượng của electron l mqđp i i i l v 2. Tính chất từ của nguyên tử  Tỉ số giữa moment từ và moment động lượng của e-gọi là tỉ số từ-cơ quĩ đạo: m e l p l p mm 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 5 Moment spin electron e- vừa CĐ trên quĩ đạo quanh hạt nhân vừa tự quay quanh* chính nó  moment động lượng riêng - moment spin và moment từ spin riêng )(s )( msp l mp i i i s msp msp s  Tỉ số giữa moment từ spin và moment spin - tỉ số từ-cơ spin của e-: m e s p s p msms  2. Tính chất từ của nguyên tử Moment từ và moment động lượng nguyên tử Moment động lượng nguyên tử:   tö nnguyªc¶ slL   Tỉ số giữa moment từ và moment động lượng nguyên tử: constgm e L pm  2~.   Lgpm  ~ Moment từ nguyên tử:    tö nnguyªc¶ msmm ppP  2. Tính chất từ của nguyên tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 6 L L l ld r’ r’  moment động lượng quĩ đạo (ngược chiều )  e- có thêm CĐ tuế sai quanh phương của với vận tốc góc  vẽ thành mặt nón tròn xoay với trục  phương của và chiều quay ngược chiều CĐ của e- và có thêm CĐ phụ với quỹ đạo tròn bán kính r’. l mp 0B  0B  L  CĐ của e- trên quĩ đạo quanh hạt nhân giống CĐ của con quay có trục đối xứng Xét: Nguyên tử có 1 e-, CĐ trên quĩ đạo quanh hạt nhân  có moment từ mp i - v mp + 0B   Nguyên tử đặt trong từ trường ngoài , tạo với góc 0B mp M  Từ trường tác dụng moment lực lên : 0Bpm  M hay: M = pm.B0.sin mp  Hiệu ứng nghịch từ 3. Nghịch từ và thuận từ 3. Nghịch từ và thuận từ  Áp dụng đ/l moment động lượng: dtld M  00 2 Bm eBl p dt d m L  Vận tốc góc của e- trên quĩ đạo: l dtBp l dtBp l ldd mm 00sin. .sin. sin.   Có Hiệu ứng nghịch từ i - 0B  v mp L L  M  l ld + d r’ r’ i  CĐ phụ tạo ra dòng điện tròn phụ: m.Beee.vΔi 02L  42 L   Và moment từ phụ: 4m.Br'emr'..BeΔi.S'Δp 022202m  4 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 7  Do r’  const, nên: mBrepm 4 .' 022 Nguyên tử có Z e- với các quĩ đạo bán kính ri:  zi im rmBep 1 202 '4 . m BrZepm 6 0 22 0 22 6 Bm rZepm    Trường hợp nguyên tử có đối xứng cầu: Hay: 2. Nghịch từ và thuận từ Hiệu ứng nghịch từ i - 0B  v mp L L  M  l ld + d 2. Nghịch từ và thuận từ  Nguyên nhân: Không tồn tại moment từ nguyên từ do đặc điểm kết cặp của các điện tử. Vật liệu nghịch từ trong từ trường ngoài Xét khối vật liệu nghịch từ có mật độ nguyên tử n0:  Vector từ độ luôn ngược chiều vector cảm ứng từ và luôn có độ cảm từ <0  quá trình từ hóa với vật liệu nghịch từ rất yếu. 0 22 0 0 6. Bm rZenpnM m   Mặt khác: 6m rZeμn 2200   Từ độ: BHM  0 m m   Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 8 3. Nghịch từ và thuận từ  Trong khối vật liệu thuận từ có tồn tại moment từ nguyên từ (hoặc phân tử) nhưng xắp xếp hỗn loạn do chuyển động nhiệt  moment từ tổng cộng bị triệt tiêu khi từ trường ngoài 00 B 0 2 m mmB B3kT pcospp 0    Coi  là góc giữa 0và Bpm   hình chiếu trung bình của 0trên Bpm  + Quá trình từ hóa phụ thuộc nhiệt độ + Không có từ dư Kết luận: + Độ cảm từ > 0 và nhỏ Vật liệu thuận từ trong từ trường ngoài  moment từ sẽ sắp xếp theo phương của trường ngoài  khối vật liệu bị từ hóa nhưng sẽ trở lại trạng thái cũ khi 00 B:00 B  3kT μpn 02m0 Độ cảm từ:02m0mB0 B3kTpnp.nM 0   Từ trường tổng hợp trong vật liệu nghịch từ và thuận từ 3. Nghịch từ và thuận từ  Khi bị từ hóa, xuất hiện từ trường phụ B’  'B có mối liên hệ với M Thể tích 1 đơn vị dài của khối vật liệu Độ từ hóa của khối vật liệu = Moment từ của toàn bộ khối vật liệu  Mỗi nguyên tử sinh ra một dòng điện i  cảm ứng từ phụ B’ do các dòng điện này sinh ra trong lòng khối vật liệu : B’ = 0.n0.i  Khối vật liệu có: + Tiết diện S, độ dài l ; + Mật dòng điện tròn n0  Từ trường tổng hợp trong khối vật liệu: MBBBB  000 '  HBB 000  Đặt 1 + m =   0 0 BM m 000 )1( BBBB mm  Với: nên: inS.1 i.SnM 00  hay: MB 0'  MB  0' Tức là: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 9 4. Sắt từ  Vật liệu thể hiện tính chất từ mạnh nhất (lực từ hay các đáp ứng với từ trường)  được sử dụng để tạo ra nam châm vĩnh cửu hoặc các cấu trúc mạch dẫn từ. Đặc điểm của vật liệu sắt từ  Từ thẩm phụ thuộc phi tuyến vào trường ngoài.  H max  Cảm ứng từ phụ thuộc phức tạp vào trường ngoài đường cong từ hóa. B H  Độ từ hóa tỉ lệ phi tuyến với trường ngoài. Mức bão hòa H (Oe) M (A/m)  H ngoài tĕng từ H = 0 cho đến khi B đạt giá trị bão hòa Bs tại Ha. B H0 BS Ha 4. Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ  Giảm H ngoài  0  B còn giá trị Br  0  cảmứng từ dư. Br -Hc  Đổi chiều H ngoài và tiếp tục tĕng từ H = 0 đến khi B = 0 ứng với giá trị H = Hc  cường độ trườngkhử từ - lực kháng từ. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 10 4. Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ Tiếp tục tĕng H đến khi B lại đạt giá trị bão hào -Bs vàkhi giảm  0  có giá trị -Brrồi lại tĕng để có giá trị Hc vàBs ban đầu  khép kín mộtchu trình  đường cong từ trễ. B H0 Br Hc-Hc -Br BS -BS Ha Hd  max, Bs và Hc là các đặctrưng cơ bản của sắt từ.  Bs và Hc quyết định dạngđường cong từ trễ. 4. Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ Cĕn cứ đặc điểm đường cong từ trễ  phân loại vật liệu sắt từ. Sắt từ mềm: Chu trình trễ hẹp (“gầy”), Br lớn, và Hcnhỏ  được sử dụng để làm mạch dẫn từ trong các bộ biến thế, máy phát điện  Sắt từ cứng: Chu trình trễ rộng (“béo”), Br bền,và Hc lớn  được sửdụng để làm nam châm vĩnh cửu. Vật liệu Ferrite – hợp chất của Fe2O3 vớiMn, Ni (mềm) hoặc Co, BaCO3(cứng). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 11  Kích thước 1 domain ~ 10-3-10-5 mm, chứa ~ 106-109 nguyên tử.  Trong cấu trúc vật liệu, các của moment từ spin của từng nguyên tử sắp xếp song song với nhau trong từng vùng nhỏ (domain), nhưng moment từ tổng cộng của từng vùng nhỏ này có chiều khác nhau trong toàn bộ khối thể tích  moment từ tổng cộng = 0. moment từ spin domain domain moment từ tổng cộng 4. Sắt từ Thuyết miền từ hóa tự nhiên (thuyết domain) PIERRE-ERNEST WEISS ( 1865 - 1940 )  2 cơ chế: Vách domain Moment từ tổng cộng trong mỗi domain H Domain có moment từ phương trường ngoài chiếm ưu thế  Dịch vách domain  Quay moment từ của domain theo phương trường ngoài 4. Sắt từ Thuyết miền từ hóa tự nhiên (thuyết domain) Biên giới giữa các vùng – vách domain Vách domain Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18/03/2013 12 4. Sắt từ Thuyết miền từ hóa tự nhiên (thuyết domain) Định hướng theo phương trường ngoài Bão hòa Domain Dịch vách bất thuận nghịchDịch vách thuận nghịch Điểm ghim giữ 4. Sắt từ Tính chất từ phụ thuộc nhiệt độ của sắt từ  T > Tc  sắt từ trở thành thuận từ khi đặt trong trường ngoài mất các tính chất đặc trưng của sắt từ cũng như một số tính chất vật lý khác (nhiệt dung, độ dẫn điện...). T < Tc  các tính chất đặc trưng của sắt từ được khôi phục. Vật liệu Nhiệt độ Curie (0C) Sắt 770 Cô-ban 1127 Ni-ken 357 Gadolini 16  Tại nhiệt độ tới hạn Tc  tính chất từ dư của sắt từ biến mất nhiệt độ Curie. cTT  1~ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 1 1. Trường điện từ 2. Dao động điện từ 3. Sóng điện từ CHƯƠNG VII TRƯỜNG ĐIỆN TỪ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Thí nghiệm Faraday về hiện tượng cảm ứng điện từ Michael Faraday (1791-1867) dt d m C E Suất điện động cảm ứng:  Dòng cảm ứng: Ic  Biến thiên từ thông (sinh ra bởi nam châm hoặc cuộn dây có dòng điện)  Tồn tại một điện trường cùng chiều dòng cảm ứng IcE Jame Clerk Maxwell (1831 - 1879) Ic B đang tĕng E B đang giảm IcE 1. Trường điện từ  Không phụ thuộc bản chất dây dẫn  Không phụ thuộc nhiệt độ Hệ phương trình Maxwell Điện trường xoáy và luận điểm thứ nhất của Maxwell 1. Trường điện từ  Luận điểm của Maxwell: Bất kỳ một từ trường nào biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một điện trường xoáy!  Điện trường của dòng cảm ứng Ic (sinh ra bởi từ trường) có đường sứckhép kín  điện trường xoáy.E  Điện trường tĩnh Điện tích cố định Đường sức không khép kín 0.  dlEq Công thực hiện di chuyển điện tích theo đường cong kín = 0: Không thể làm các điện tích dịch chuyển theo đường cong kín để tạo thành dòng điện 0.  dlE Để các điện tích dịch chuyển theo đường cong kín tạo ra dòng điện công dịch chuyển theo đường cong kín phải  0, tức là: Hệ phương trình Maxwell Điện trường xoáy và luận điểm thứ nhất của Maxwell Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 2 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Điện trường tĩnh Điện trường xoáy So sánh điện trường tĩnh và điện trường xoáy  Điện tích cố định Đường sức không khép kín 0.  dlEq  Công thực hiện di chuyển điện tích theo đường cong kín = 0  Điện tích di chuyển Đường sức khép kín Công thực hiện di chuyển điện tích theo đường cong kín  0 0.  dlEq  Lưu số của vector cường độ điện trường xoáy dọc theo một đường congkín bất kỳ bằng nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên theo thời gian của từthông gửi qua diện tích giới hạn bởi đường cong kín đó. Phương trình Maxwell-Faraday Vòng dây dẫn kín đặt trong B biến đổi  Biến thiên từ thông dm gửi qua vòng dâytrong thời gian dt  xuất hiện s.đ.đ cảm ứng Ec  Smc SdBdtddtd .E dlE C  )( C E Đ/n s.đ.đ:   SC SdBdtdldE  .)( (dạng tích phân) 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell dt BdErot   Dạng vi phân:   SS SddtBdSdBdtd . VP có thể viết được: 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Phương trình Maxwell-Faraday Jame Clerk Maxwell (1831 - 1879) Michael Faraday (1791-1867)    SSC SdErotSdEldE  .. )(  VT theo đ/lý Stokes:   SC SdBdt dldE  . )(  Dạng tích phân: 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell  Mạch điện có L và C: LC I I DE , Dòng điện dịch và luận điểm thứ hai của Maxwell  Điện trường biến đổi  dòng điện = dòng điện dịch Id – (displacement current),có cùng chiều và độ lớn như dòng điện dẫn. Id S II I I S Từ trường của dòng Id Từ trường của dòng I Từ trường của dòng I  C phóng điện  E và D trong không gian giữa 2 bản cực giảm  Bất kỳ một điện trường biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một từ trường  Luận điểm của Maxwell:  C nạp điện  E và D trong không gian giữa 2 bản cực tĕng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 3  Dòng điện dịch chính là điện trường biến thiên theo thời gian 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell II Id dt dDJ d Vì D =   dt DdJd   tEtDJ khôngchând   0hoặc: dt d S q dt d dt dq SS I S IJ dd  1  Mật độ dòng điện dịch (trong chân không): Dòng điện dịch và luận điểm thứ hai của Maxwell  Chất điện môi: mật độ điện tích mặt liên kết ’= Pen,   S eS enSS pcpc SdtPdStPdStSdJI  ' Dòng qua dS: )()( cucphândkhôngchândd JJJ  tPJ epc   1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Dòng điện dịch và luận điểm thứ hai của Maxwell +’-’ dS +--- -- - ++ + + ++ E eP  n  ePED   0 Đối với chất điện môi: t P t E t DJ ed   0  Mật độ dòng điện dịch trong chất điện môi:  Mật độ dòng toàn phần của chất điện môi khi có dòng điện đi qua: t DJJ tp      SS tptp SdtDJSdJI  Có: 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Phương trình Maxwell-Ampere Andre Marie Ampere (1775 – 1836) Jame Clerk Maxwell (1831 - 1879) (C) Sd  J dS dJ  I I H ld tpIldH   . Đ/lý Ampere:     SSC SdHrotSdHldH  ..  VT theo đ/lý Gauss:    SC SdtDJldH  . Dạng tích phân: t DJHrot   Dạng vi phân: Phương trình Gauss cho điện trường Mặt Gauss dS ED  , Sd    S V dVqSdD .- Dạng tích phân: - Dạng vi phân:  DdivD  . Phương trình Gauss cho từ trường 0.  SdB S - Dạng tích phân: - Dạng vi phân: 0.  BdivB  - Diễn tả tính không khép kín của đường sức điện trường tĩnh - Điện trường tĩnh có thể tồn tại với chỉ một nguồn duy nhất (1 điện tích) - Diễn tả tính khép kín của đường sức từ trường - Từ trường chỉ có thể tồn tại dưới dạng nguồn lưỡng cực Mặt kín Mặt hở  B B n (S) n  1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 4 Các phương trình dạng tích phân 1. Trường điện từ Hệ phương trình Maxwell (tổng hợp) Các phương trình dạng vi phân   SC SdBdt dldE  . )(  Từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra điện trường xoáy dt BdErot      SC SdtDJldH  .  Điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra từ trường t DJHrot   0.  SdB S  0Bdiv   Đường sức từ trường là đường khép kín (tính bảo toàn của từ thông)    S V dVqSdD .  DdivD  .  Điện thông gửi qua mặt kín bất kỳ = tổng đại số đ/tích trong đó Trường điện từ và nĕng lượng trường điện từ Từ trường biến đổi sinh ra điện trường (khép kín) và điện trường biến đổi cũng sinh ra từ trường Từ trường và điện trường đồng thời tồn tại, cũng như có mối liên hệ với nhau Trường điện từ là một dạng vật chất đặc trưng cho tương tác giữa các hạt mang điện Nĕng lượng trường điện từ tồn tại và định xứ trong không gian có trường Mật độ nĕng lượng trường điện từ bằng tổng mật độ nĕng lượng của điện trường và từ trường:    BHEDHEwww ME  2121 2020  Nĕng lượng trường điện từ:     VVV dVBHEDdVHEwdVW 2 1 2 1 2 0 2 0 tạo thành một trường thống nhất gọi là trường điện từ 1. Trường điện từ 2. Dao động điện từ Dao động và các đặc trưng dao động  Định nghĩa: chuyển động có tọa độ biến thiên và lặp lại theo thời gian, được mô tả dưới dạng hàm sin hoặc cosin, x (t)= A.cos(.t + ). x t T A - A A: biên độ xác định phạm vi dao động; T: chu kỳ dao động, xác định khoảng thời gian lặp lại của dao động, x(t+T) = x(t) (đơn vị, s)  2hay2  TT : tần số góc,  = 2f (đơn vị, rad/s), : pha (góc pha) ban đầu: đối số của hàm sin hay cos, có ý nghĩa mô tả giá trị của pha tại t = 0  (.t + ) xác định trạng thái tức thời của dao động.  Các đặc trưng cơ bản của dao động:  f: tần số dao động, Tf 1 (đơn vị, 1/s hay Hz). 2. Dao động điện từ Dao động và các đặc trưng dao động  Các dạng dao động:  Dao động điều hòa  Dao động tắt dần Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 5 2. Dao động điện từ Dao động và các đặc trưng dao động Các dạng dao động: Điều hòa Tắt dần Cưỡng bức - Không có cản trở (ma sát), biên độ dao động không đổi theo thời gian. - Không có tác động kích hoạt bên ngoài. - Nĕng lượng dao động bảo toàn theo thời gian. - Có cản trở (ma sát), biên độ dao động suy giảm theo thời gian. - Không có tác động kích hoạt bên ngoài. - Nĕng lượng bị tiêu hao trong quá trình dao động. - Không có (hoặc có) cản trở (ma sát) - Có tác động kích hoạt bên ngoài. - Có sự cộng hưởng giữa NL của tác động bên ngoài và NL tiêu hao bên trong. 2. Dao động điện từ C qWe 2 0 2 1 Nĕng lượng giữa 2 bản cực tụ (điện):Nĕng lượng của mạch:  Nĕng lượng trong cuộn dây (từ): 2021 LIWm   Gồm cuộn dây L và tụ điện C; K Mạch điện: Được cung cấp nĕng lượng ban đầu bằng cách nạp điện cho tụ C: q0 = CU0; U0 Chuyển đổi NL điện từ trong mạch LC Dao động điện từ điều hòa  Thế rơi trên tụ cuộn dây (L): 2020 dtqdLdtdILU  I(t)  Thế rơi trên tụ (C): CqU 00  I(t) +q0 -q0 C qWe 2 0 2 1 0t 2 0(max) 2 1 LIWm  Tt 4 1 C qWe 2 0 2 1 Tt 2 1 2 0(max) 2 1 LIWm  Tt 4 3 C qWe 2 0 2 1 Tt  2. Dao động điện từ Dao động điện từ điều hòa Chuyển đổi NL điện từ trong mạch LC  Tạo ra dao động điện từ điều hóa nếu như ko có mất mát NL trong quá trình chuyển đổi.  Nghiệm: q = q0cos(0 .t + )  I = dq/dt=0 q0sin(0 .t + ) + q0 - q0 q(t) t  T4 1 T2 1 T4 3 T Imax Imax I(t) t  T4 1 T2 1 T4 3 T Phương trình dao động điện từ điều hòa  Đạo hàm theo thời gian: 0 dtdILIdtdqCq W = We + Wm = const NL toàn phần W của mạch dao động bảo toàn: )1(2 1 2 2 2 constLIC q  2. Dao động điện từ Dao động điện từ điều hòa 0:có:Vì 2 2   dtqdLCqdtdqdtdqI )2(012 2  qLCdtqd Phương trình dao động: LCLCLC 11hay01 02020    Thay nghiệm vào phtr (2), có:     0cos1cos 0020   tqLCtq là tần số dao động riêng mạch LC. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 6  Biến đổi NL điện theo thời gian: )(cos22 )( 0 2 2 0 2   tCqCtqWe )(sin22 )( 0 2 2 0 2  tLItLIWm We Wm C q 2 2 Nĕ ng lượ ng Thời gian 2. Dao động điện từ Dao động điện từ điều hòa Nĕng lượng điện từ trong dao động điều hòa 0202 2  qdt qd   Có thể viết được ph/tr dao động điện từ điều hòa: Hoặc cho dòng điện: 0202 2  Idt Id   Dạng dao động: x (t)= x0.cos(0.t + ) q(t) = q0cos(0 .t + ) constmvkxW  22 2121 Nĕng lượng: constLICqW  22 2121 02 2  xmkdt xd Phương trình dao động: 0122  qLCdtqd ;120 LCm k x  q; k  1/C; m  L; v  I; 22 2121 LImv ;2121 22 Cqkx   Tương quan giữa các đại lượng: 2. Dao động điện từ C L So sánh dao động điện từ và dao động cơ điều hòa Dao động cơ Dao động điện  Gồm cuộn dây L, tụ điện C và điện trở R; Mạch điện: Ban đầu Tụ C được tích điện; Xảy ra quá trình chuyển hóa nĕng lượng điện trường trên C thành nĕng lượng từ trường trên L; R chuyển một phần thành nĕng lượng nhiệt  NL điện từ bi suy giảm dần theo thời gian. Cụ thể: 2 2 2 2 hay   dtdqRdtqdLCqdtdqRIdtdILIdtdqCqdtdW 012 2   qLCdtdqLRdtqddtdq  Nĕng lượng tỏa nhiệt trên R trong thời gian dt tương ứng độ giảm NL điện từ -dW trong mạch, tức là: - dW = R.I2(t).dt Dao động điện từ tắt dần Dao động trong mạch RLC 2. Dao động điện từ  hệ số là hàm suy giảm theo thời gian  dao động tắt dần!LRte 2/  2 q(t) I(t) ’t  tần số góc bị dịch đi LRωω' 2/1220 2   Đặt  LR2 Hệ số tắt dần 220  ωω' 2 202' ω T và’T Tỉ số giữa 2 biên độ kế tiếp :ln )( 0 0 teI eI Tt t    giảm lượng loga Nghĩa là, R càng lớn thì dao động tắt càng sớm 2. Dao động điện từ Phương trình dao động mạch RLC )'cos()( 2/0    teqtq LRt Nghiệm: 0)()( 202 2  tqdtdqLRdt tqd LC1 0 với:  Phương trình dao động: Dao động điện từ tắt dần Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 7 Dao động điện từ cưỡng bức Dao động trong mạch RLC khi được kích thích bằng nguồn xoay chiều  Nguồn E (t): duy trì dao động không bị tắt dần E(t) R C L I -q +q E (t) =E0.sint 2. Dao động điện từ )()()(2 1 2 )( 222 tI(t)tRItLIC tq dt d E hay:  Trong thời gian dt, nguồn E cung cấp cho mạch nĕng lượng = E.I.dt để bù đắp phần nĕng lượng tỏa nhiệt trên R và làm tĕng NL điện từ dW trong mạch, tức là: E (t).I(t).dt = R.I2(t).dt + dW Phương trình dao động điện từ cưỡng bức tsinC qRIdt dIL 0  E Có: tcosLILCdt dI L R dt Id 0  E12222 Đạo hàm theo t : :1CZC  dung kháng, và ZL = L: cảm khángTrong đó:  CL ZZRI  2 00 E RZZg CL cotvới: và:  Nghiệm: I(t) =I0.cos(t + ) Dao động điện từ cưỡng bức 2. Dao động điện từ Cộng hưởng điện từ mạch RLC   ZZZRI CL 022 00 EE  Nhận thấy  Khi E0 và R cố định  I0 max khi: CLCL ZZCLZZ  hay01 tần số riêng của mạch (LC): Cộng hưởng dao động!:1 0 LCKhi đó:  Biên độ dòng cưỡng bức phụ thuộc nguồn điện kích thích. I0  (rad/s)0 0 R3 R2 R1 R3 > R2 > R1 2. Dao động điện từ Dao động điện từ cưỡng bức Và: RI 0 max0 E Phương trình sóng điện từ 3. Sóng điện từ Hệ ph/tr Maxwell trong môi trường t DJHHrot   t BEErot    DDdiv  . 0.  BBdiv   Lấy rot cả 2 vế, có:  BttBE   Có VT = EEEE  2).().(  Hệ ph/tr Maxwell trong chân không t DH   t BE   0.  D 0.  B0.  Ehoặc cbacabbaccabcba  ).().().().( Áp dụng tính chất tích vector:     22002200 tEtDHtBttB  Và VP = 22002 tEE   Phương trình truyền của điện trường trong chân không: 022002  tEE   phương trình truyền của từ trường trong chân không: 022002  tBB Tương tự Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 8 là vận tốc ánh sáng  Nhận thấy: csm     /10.310.9 1 1 10.9.4 110.4 11 8 169 700 3. Sóng điện từ Tính chất sóng điện từ  cv 001Với: vận tốc truyền sóng điện từ trong môi trường 01 2 2 2 2  tEvE  01 2 2 2 2  tBvB   Phương trình sóng điện từ trong môi trường:  Sóng điện từ: - Tồn tại trong cả chân không và môi trường đồng nhất- Giống ánh sáng n chiết suất môi trường truyền sóngở đây: 3. Sóng điện từ Xét sóng chỉ truyền theo 1 phương không gian  bài toán một chiều Tính chất sóng điện từ  Nghiệm:   vxtEE m cos.   vxtBB m cos. tEE  cos.0 tBB  cos.0x = 0  :00 HE   luôn dao động cùng phaBE  và 01 2 2 22 2  tBvxB  01 2 2 22 2  tEvxE  0 xExKhi là sóng phẳng, có: Ex = const  Trong chân không: 0.  zEyExEE zyx t E HHH zyx kji H zyx     0 E  phương truyền xHay: Tương tự: B  phương truyền x 00  zHyHtE yzxvà: 3. Sóng điện từ Tính chất sóng điện từ 3. Sóng điện từ Tính chất sóng điện từ Sóng điện từ là sóng phẳng (khi ở xa nguồn phát) Mặt sóng phẳng Điện trường Từ trường  Sóng điện từ là sóng ngang, có vuông góc nhau và với phương truyền sóng (đặc trưng bởi vector vận tốc )  lập thành tam diệnHvàE  vvàHE ,v HE  00  dao động cùng phaHvàE  Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 9 3. Sóng điện từ Nĕng lượng sóng điện từ  Mật độ nĕng lượng điện trường: 2021 EwE   Mật độ nĕng lượng từ trường: 2021 HwB  HE  00  Sóng điện từ có: Mật độ nĕng lượng sóng điện từ: HEHEHEw ..2 1.2 1 000000  2 0 2 0 2 1 2 1 HEwww BE   Mật độ nĕng lượng trường điện từ: Mặt sóng thời điểm t Mặt sóng thời điểm t +t v.t S P EHHE vwtS tSvw tS VwP   00 00 1.. .. ... . . HEP   3. Sóng điện từ Nĕng thông sóng điện từ  Khái niệm: nĕng lượng sóng truyền (vận tốc v) qua một đơn vị diện tích vuông góc phương truyền trong một đơn vị thời gian,  Cường độ sóng điện từ: đại lượng về trị số bằng giá trị trung bình theo thời gian của mật độ nĕng thông tại 1 điểm với tốc độ truyền sóng. vwJ 3. Sóng điện từ Nĕng thông sóng điện từ  Sóng điện từ là sóng phẳng đơn sắc:       v ytHEHE v ytHH v ytEEw mm m m 2 22 0 2 0 22 0 2 0 cos. cos cos  2 0 0 2 1 mEJ 2 0 0 2 1 mHJ (Em và Hm là biên độ của cường độ điện trườngvà từ trường) 00 2 0 2 0 1.2 1.2 1  mm EvEJ  Vì giá trị TB của: 21cos 2   vyt mmmm HEHEw 212121 2020  Áp suất sóng điện từ H E ev Tấm kim loại  Sóng điện từ tới đập vào một tấm chắn kim loại vuông góc phương truyền E tạo ra dòng chuyển dời các điện tích (e) có vận tốc ve 3. Sóng điện từ R=1 wp 2 wpw 2wp  R=0  wRp  1 (R: hệ số phản xạ của mặt KL)  Tác dụng áp suất p lên mặt tấm kim loại: LF H tác dụng lên e lực FL Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22/03/2013 10 3. Sóng điện từ Bức xạ lưỡng cực điện (dipole antenna) Lưỡng cực dao động nguyên tố (element doublet)  Nguồn dao động điều hòa l + - A B  Cuộn cảm Bức xạ điện từ của lưỡng cực  Bao gồm 2 điện cực làm bằng vật dẫn cách nhau một khoảng l BA Bản cực tụ điện l << bước sóng  3. Sóng điện từ tptlqqlp  sinsin.. 00  Điện tích trên 2 bản cực biến thiên tuần hoàn: q = q0.sint Bức xạ điện từ của lưỡng cực l + - A B  Cuộn cảm Bức xạ lưỡng cực điện (dipole antenna)    vrtrbvrtBB m sinsinsin.     vrtravrtEE m sinsinsin. M I Lưỡng cực dao động  Cường độ sóng điện từ tại M: 2 24 sin rK J sin2 3. Sóng điện từ Bức xạ điện từ của lưỡng cực Bức xạ lưỡng cực điện (dipole antenna)  Đường sức điện trường và từ trường của sóng điện từ gây bởi lưỡng cực điện t = 0 E= 0 q = 0 q = 0 + q - q t = T /4 t = T /2 t = 3T /4 t = T 0 0 0 0 + q - q E= 0 E= 0 E=+ Em E= - Em  Một chu kỳ dao động của lưỡng cực điện tạo ra sóng điện từ 3. Sóng điện từ Phân loại sóng điện từ Sóng điện từ được phát bởi 1 nguồn xoay chiều có tần số  và vận tốc truyền trong môi trường v  bước sóng được xác định:  = v.T Ứng với mỗi  và  có một sóng xác định  sóng đơn sắc n ccv Vì:  nnTc 0.   (0 bước sóng điện từ trong chân không) Phân loại sóng điện từ theo bước sóng  (m) 650 nm 600 nm 550 nm 500 nm 450 nm Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -