Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 3: Từ trường tĩnh trong chân không

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 3: Từ trường tĩnh trong chân không

1. CHƯƠNG 3 TỪ TRƯỜNG TĨNH TRONG CHÂN KHÔNG
2. Nội dung 1/Tương tác từ 2/Từ trường 3/Định luật Gauss với từ trường 4/Định lý Ampère 5/Định luật Ampère 6/Tác dụng của từ trường lên mạch điện kín 7/Công của lực từ 8/Từ trường của một hạt chuyển động
3. I/Tương tác từ  Năm 1820, nhà vật lý người Đan Mạch Hans Oersted làm thí nghiệm về dòng điện và phát hiện sự lệch của kim nam châm ở gần dây dẫn có dòng điện chạy qua.  Ngược lại, khi đưa nam châm lại gần cuộn dây có dòng điện thì nam châm sẽ hút hoặc đẩy cuộn dây tùy theo chiều dòng điện trong cuộn dây. Hans Oersted (1777-1851)
4.  Mặt khác, André Ampère cũng tiến hành các thí nghiệm & nhận thấy giữa hai dòng điện có sự tương tác. André Ampère (1775-1836) Kết luận: Sự tương tác giữa các nam châm, giữa nam châm và dòng điện, giữa dòng điện và dòng điện thì giống nhau và được gọi là tương tác từ.
5. II/Từ trường 1/Khái niệm từ trường và vectơ cảm ứng từ  Để giải thích sự lan truyền tương tác giữa các dòng điện ta phải thừa nhận tồn tại một môi trường trung gian môi giới cho sự tương tác này. Môi trường đó gọi là từ trường.  Từ trường được đặc trưng bởi một đại lượng vectơ kí hiệu là (vectơ cảm ứng từ).
6. 2/Định luật Biot-Savart I i)Vectơ phần tử dòng điện M r Id d I d Vectơ phần tử dòng điện Id  là véc tơ có phương chiều là phương chiều của dòng điện, giá trị là Id
7. ii)Định luật Biot-Savart Jean Biot(1774-1862) Felix Savart(1791-1841) Vectơ cảm ứng từ d của vectơ phần tử dòng điện Id gây ra tại điểm M cách Id một đoạn r: H/m dB => M  I dl
8. a) Cảm ứng từ của dòng điện thẳng h hd  I mà r = ;dl = nên dB=0 sind Có sin sin2 4 h 2 B = dB AA12 1 A  Dây dài vô hạn: 2 2 I 2 M + O h 1  Id 1 A1
9. Cảm ứng từ của dòng điện thẳng (tt) A2 M 2 M h M h O + O + M O + I h B 1 A A2 2 I I I I A A1 A 1 A1  I 0I  I 0I 0 B = BA A = 0 0 B = (sin − sin ) BAO = sin 1 2 BA A = (sin 1 + sin 2 ) A1A2 1 2 2 h 1 2 4 h 4 h 4 h
10. b) Cảm ứng của dòng điện tròn bán kính R mà =>  IR 2 B = e 0 S = R2 z 2( R2 + h2 )3 / 2  Đặt p = ISn = ISe → B = 0 p x m z 2 (R 2 + h2 )3/ 2 m Idl dB I R  O z h M dBz y  I B = 0 0 2R
11. b) Cảm ứng từ của dòng điện tròn bán kính R(tt) Pm C I  I (2 − j) O B = 0 R O 2R 2 j Q P BO;
12. 3/ Đường sức cảm ứng từ B I B I
13. III/ ĐỊNH LÝ GAUSS ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 1/ Từ thông: Mặt S Mặt kín S dS dS B n n α dS S dS dm = dN
14. 2/ Định lý Gauss (S) (S2) (C) (S1) B dS2 => B dS1 dS uu 1 dS 2 Công thức Gauss: =>
15. IV/ Định lý Ampère (Định lý dòng toàn phần) 1/ Lưu số của vectơ cảm ứng từ (kí hiệu: L) Như đã biết lưu số của véc tơ tĩnh điện trường dọc theo đường cong kín (C) bằng không: E.dl = 0 C Ngược lại lưu số của véc tơ cảm ứng từ dọc theo đường cong kín (C) khác không: (C) L = B.dl 0 C dl B M
16. 2/ Định lý dòng toàn phần i) Phát biểu: Lưu số của véctơ cảm ứng từ dọc theo một đường cong kín bất kỳ bằng tổng đại số cường độ dòng điện qua diện tích giới hạn bởi đường cong nhân cho ii) Chứng minh: A) Từ trường của dòng điện dài vô tận a) Đường cong (C) nằm trong mặt phẳng (P) b) Đường cong (C) không nằm trong mặt phẳng (P) B) Trường hợp tổng quát
17. A)Từ trường của dòng điện dài vô tận a) Đường cong kín (C) nằm trong mặt phẳng (P) và bao quanh dòng điện I B (C) O d (dlcos = rd) r M dl P (C) bao quanh dòng điện
18. a) Trường hợp đường cong kín (C) nằm trong mặt phẳng (P) nhưng không bao quanh dòng điện I B ' F (C) N B O dl dl  M E P (C) không bao quanh I
19. b) Trường hợp đường cong (C) không nằm trong mặt phẳng (P) I (C) (C’) dl dl2 B O dl1 P M
20. B) Trường hợp tổng quát: n I I2 B.dl =  I 1 Ii 0  i C i=1 I I3 n Với (C) (S) Công thức Stokes: B.dl = ( B ).dS C S B A Đặt H = là vectơ cường độ từ trường: H  Hj =  0 m
21. 3/ Áp dụng định lý dòng toàn phần để xác định từ trường: a) Từ trường trong cuộn dây hình xuyến (toroid) I O r Với là số vòng dây trên đơn vị R1 chiều dài R2 (C) B
22. b) Từ trường trong ống dây điện rất dài (solenoid) B I Solenoid
23. V/ ĐỊNH LUẬT AMPÈRE
24. ĐỊNH LUẬT AMPÈRE I I0
25. V/ ĐỊNH LUẬT AMPÈRE (tt): => I I1 I2 B dF 1 I dl I d I2d2 B 1 1 F F12 21 d B2
26. VI/ TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN MẠCH ĐIỆN KÍN: 1/ Xét lực từ tác dụng lên khung dây dẫn kín: => => Mà => => Mạch điện không chuyển động tịnh tiến trong từ trường.
27. 2/ Mômen lực tác dụng lên khung dây dẫn kín: I (a) F => (b) n F ' I ()
28. VII/ CÔNG CỦA LỰC TỪ: Trong vùng không gian có từ trường đều B , đặt mạch điên không đổi I, trong đó thanh MN = l , chuyển động tịnh tiến trong mặt phẳng khung dây. Thanh chịu tác dụng của lực từ: dS nên I M M’ = I B() d x l l Từ hình vẽ, ta thấy ()d x = l ndS B n + + F Suy ra dm là số gia của từ thông gửi qua khung khi thanh chuyển động N N’ dx
29. VII/ CÔNG CỦA LỰC TỪ (tt): dS B mà (C) I => n dl Vậy Suy ra mm12, là từ thông gửi qua khung ở vị trí 1 và 2
30. VIII/ TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT HẠT CHUYỂN ĐỘNG: 1/ Vectơ cảm ứng từ của một hạt chuyển động: Ta có nên M M Gọi N là số hạt mang điện, ta có N= n0 Sdl Do đó, q 0 q 0 Bq là cảm ứng từ gây ra tại M do 1 điện tích q, chuyển động với vận tốc v
31. 2/Lực Lorentz: Ta có: dF = Idl B = n0 qSdl() v B F lực từ tác dụng lên 1 điện tích chuyển động với vận tốc v trong từ trường B F có độ lớn q 0 q 0