BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 4 TỪ TRƯỜNG KHÔNG ĐỔI pptx

Bản chất dòng điện: dòng các hạt điện chuyển động có hướng, chiều của hạt dương - -- - -Trong kim loại Trong dung dịch điện phân... • Suất điện động của nguồn điện:lμ đại lượng có giá

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuậtTrường ĐH Bách khoa Hμ nội

Chương IV

Từ trường không đổi

I Dòng điện không đổi

1 Bản chất dòng điện: dòng các hạt điện

chuyển động có hướng, chiều của hạt

dương

-

-

-Trong kim

loại

Trong dung dịch điện phân

S d J dI

A/m2

v ( n

) dS

v ( n

| e

| dn

| e

|

v

| e

| n

dS /

dI

v e n

i

0 e v n

r

3 Định luật Ohm đối với một đoạn mạch

) dl

dV (

1 dS

dI J

n

ư ρ

=

σ

=

Tại một điểm bất kì có

dòng điện chạy qua: J r ~ E r

• Suất điện động

Nguồn điện : Duy

trì cực dương, âm

+ -

• Suất điện động của nguồn điện:

lμ đại lượng có giá trị bằng công của lực

điện trường dịch chuyển điện tích +1 một vòng quanh mạch kín của nguồn đó.

q / A

=

C

s d )

* E E

( q

Er

*

Er Véc tơ cường độ trường tĩnh điện

Véc tơ cường độ điện trường lạ

s d E q

/

0 s

Trong pin tại bề mặt điện

cực có hiệu thế nhảy vọt:

SĐĐ trong pin=tổng các

hiệu điện thế nhảy vọt ΔV

Suất điện động của nguồn

điện =Lưu số của trường lạ

Suất điện động của nguồn điện: lμ đại

lượng có giá trị bằng công của lực điện

trường lạ dịch chuyển điện tích +1 một

vòng quanh mạch kín của nguồn đó.

E r r

+ -

v

ΔV

ΔV

1 Tương tác từ của dòng điện, định luật Ampe

1.2 §Þnh luËt Ampe

θ

0

θ l

vμ r r

0

r

sin Idl

sin dl

I

k 0 μ0 =4π.10-7 H/m - H»ng sè tõ

thuËn diÖn

tam thμnh

t¹o nμy

tù thø

theo F

d vμ cho

sao chiÒu

theo thø tù nμyhîp thμnh tam diÖn thuËn

r r

r

n , l

d 0

y

0 0

0

r

) r l

Id ( l

d

I 4

r r

Trong môi trường: 0 0 0 3

r

) r l

Id ( l

d

I 4

r r

μ - Hằng số từ môi hay độ từ thẩm tỷ đối của

môi trường nói lên khả năng dẫn từ μKK≈1; μFe

0 0

0d l n | I dl sinI

θ

=

ì r | Idl r sin l

Id

Biểu thức:

2.Véc tơ cảm ứng từ vμ véc tơ cường độ từ

trường

2.1 Khái niệm về từ trường:

• Tương tác giữa các dòng thực hiện như thế nμo?

• Có 2 thuyết: Thuyết tương tác xa, vμ Thuyết

tương tác gần

Thuyết tương tác xa: Không thông qua môi trường nμo, tức thời vtt =∞ , Dòng điện không gây biến đổi môi trường => Trái với tiền đề Anhxtanh

Thuyết tương tác gần: Dòng điện lμm môi trường xung quanh biến đổi, gây ra một từ trường lan

truyền với v=c, Từ trường gây từ lực lên dòng điện khác vtt =c; Đúng

0 0

0

r

) r l

Id ( l

d

I 4

r r

q 4

r

ε πε

q 4

1 q

r

ε πε

Id 4

θ l

Id r

B

d r r r

P

θ l

Id r

B

d r r r

d I F

r

r

r , l d

z Chiều sao cho 3 véc tơ theo thứ

tự đó hợp thμnh tam diện thuận

Qui tắc vặn ren phải: Chiều vặn của từ trường, Chiều tiến của dòng điện

4

θ π

μ

μ

= dB

{ Giá trị

2.3 Nguyên lý chồng chất từ trường

∑

=

= +

+ +

1 i

i n

do tất cả các phần tử nhỏ của dòng điện gây ra:

∫

= d B

cả dòng điện

Véc tơ cảm ứng từ do nhiều dòng điện gây ra

Trong các bμi toán cụ thể:

Œ Xác định phương, chiều bằng hình vẽ

 Tính tích phân xác định giá trị của B

2.4 Véc tơ cường độ từ trường

Véc tơ cảm ứng từ chứa μ nên mật độ đường sứcthay đổi => Véc tơ cường độ từ trường không

phụ thuộc vμo môi trường:

μμ

=

0

BH

rr

4

I B

sin

Rd dl

g

cot R

l

θ

= sin R r

2 1 2

1

| ) cos

( R 4

I R

sin

d

(cos R

I H

, R 2

I

π

= π

μ

μ

m 1

A

1

H = I=1A, 2πR=1m

A/m lμ cường độ từ trường sinh ra trong chân

không bởi một dòng điện chạy qua một dây dẫnthẳng dμi vô hạn, thiết diện tròn tại các điểm

trên vòng tròn đồng trục với dây có chu vi lμ 1m

) h R

(

B

d r β

r

R cos β =

4

θ π

sinsin θ = π =

2 / 3 2 2

0

) h R

(

R

Idl

2π +

μ

μ

= dB

2 / 3 2 2

2 0

R

0

2 / 3 2 2

0

) h R

( 2

R

I dl

) h R

( 2

IR

+ π

π μ

μ

= +

m 0

)hR

(2

PB

+π

μ

μ

=

rr

n r

n S

Sr = r

S I

P rm r

=

Id 4

n dV

n

dn = 0 = 0 n

3 n

0

0

r dl S

n

r l

Id

4 dn

r r

n n | q | vS jS

q 4

r r

rv

r

r r

3 Từ thông, ĐL ôxtrôgratxki-Gauox

3.1 Đường cảm ứng từ / đườngsức của từ trường

lμ đường cong vạch ra trong từ trường mμ tiếptuyến tại mọi điểm của nó trùng với phương củavéc tơ cường độ từ trường tại điểm đó, chiều

của đường cảm ứng từ lμ chiều của véc tơ cường

§Æc ®iÓm: ®−êng c¶m øng tõ lμc¸c ®−êng kÝn

3.2 Tõ th«ng dS

B r S

d B

d m r r

=

Φ

n dS S

B dS

B

S S

) Tesla (

T 1 m

/ Wb

1 m

1

Wb 1

3.3 TÝnh chÊt xo¸y cña tõ tr−êng: C¸c ®−êngsøc cña tõ tr−êng lμ c¸c ®−êng cong khÐp kÝn

B div S

d

B

V S

∫

∫ r r = r = divBr = 0

Tõ th«ng toμn phÇn göiqua mÆt kÝn bÊt kú th×

b»ng kh«ng

n r α

D¹ng tÝch ph©n

D¹ng vi ph©n

4 Lưu số của véc tơ cường độ từ trường,

Định luật Ampe về dòng điện toμn phần:

oC

Hdl l

d H

C C

đường cong đó:

l d

=

C C

C

d 2

I rd

r 2

I l

d

Hr r

r 2

I H

π

=

α

= rd )

l dˆ H cos(

dl r r

α d

• C bao quanh dßng ®iÖn:

π

= α

∫ d 2

C

I l

d C

d

2b1

d

0 )

( − Δ ϕ = +

ϕ Δ

=

0 l

i

i C

I l

d

Hr r

Tổng quát

Lưu số của véc tơ cường độ từ trường dọc theo

đường cong kín bất kỳ (1 vòng) bằng tổng đại sốcác dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi

đường cong đó

Chiều dương của dòng điện theo qui tắc vặn renphải: Chiều vặn - chiều lấy tích phân, chiều tiến-chiều dòng điện

3 2

1 C

I I

I l

d

∫ r r

I 2 l

d H

C

=

∫ r r

4.3 ứng dụng Tính cường độ từ trường

nI l

d H

nI H

π

=

R 2

nI R

B = μ0μ 0 L>20d

Ld

RC

N số vòng dây trên 2πR

øng dông: t¹o tõ tr−êng

I

t

Ph¸ thuû l«i, m×n, bom tõ tr−êng

KÝch næB

t

+

-GS Vò §×nh Cù

0

0 m

μμ

R

ε

= Φ

5 Tác dụng của từ trường lên dòng điện

B d l

d I F

Id F

d r r r

theo thứ tự đó hợpthμnh tam diện

5.2 Tác dụng tương hỗ giữa hai dòng điện

thẳng song song dμi vô hạn

I1 I2

d 2

l I

Định nghĩa Ampe: Ampe lμ cường độ dòng

không đổi chạy qua 2 dây thẳng song song dμivô hạn trong chân không cách nhau 1m gây ralực tác dụng trên mỗi m dây lμ 2.10-7N

r

⊕

5.3 Tác dụng của từ trường đều lên một mạch

A

D

CB

tơ pháp tuyến của ABCD vμ từ

trường do khung gây ra

Mômen của ngẫu lực μ= F⊥.d

• Từ lực tác dụng lên AB

vμ CD vuông góc với dây

vμ tạo thμnh ngẫu lực

Dấu - do góc giảm -> giảm năng lượng

Ngẫu lực từ sinh công đưa góc α về 0:

( A

Công nμy bằng độ giảm năng lượng của

khung trong từ trường:

Wm(α)-Wm(0) = Pm.B.(1-cosα)

Có thể viết thμnh:

Wm(α)-Wm(0) = -Pm.B cosα-(-Pm.B cos0)

Wm(α) = -Pm.B cosα

B P )

I

+

I Id

2

1

m = Φ − Φ Φ

= ∫ bằng tích I với độ biếnthiên từ thông qua mạch

s

d r

B l

Id F

Idr ≡ r

B v

6.2 Chuyển động của hạt điện trong từ trường

) v , v , v

(

v r x y z

) B , 0 , 0

(

B r

) z , y , x ( r

r r

r =

B 0

v v

v

k j

z y

x

0

i B

v

r r

r r

0 dt

dv m

v0x= v0sinϕ, x0=-v0 cosϕ/ω

v0y=v0cosϕ, y0= v0sinϕ/ω

2 2

0 2

2

R )

v ( y

ω

= +

Quĩ đạo tròn vuông góc với) Br

t sin(

v

y

) t

cos(

v x

0

0

ϕ +

ω ω

=

ϕ +

ω ω