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

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Ch−¬ng IV
Tõ tr−êng kh«ng ®æi
I. Dßng ®iÖn kh«ng ®æi
1. B¶n chÊt dßng ®iÖn: dßng c¸c h¹t ®iÖn
chuyÓn ®éng cã h−íng, chiÒu cña h¹t
d−¬ng
-
-
-
-
-
Trong kim
lo¹i
Trong dung
dÞch ®iÖn ph©n
-
-
-
-
Trong chÊt
khÝ
E
r
I
-
-
-

-
-
e
e
e
e
e
+
+
+
+
+ +
+
+
+
2. Những đại lợng đặc trng:
Cờngđộdòngđiện= điện lợng qua S/s
dt
dq
I =
ItIdtdqq
t
0
t
0
===

1C=1A.1s
Véc tơ mật độ dòng điện
tai điểm M có gốc tại M,

chiều chuyển động hạt
dơng, giá trị
n
dS
dI
J =
dS
n
J
r
M
SdJJdSdI
n
r
r
==

==
SS
SdJdII
r
r
A/m
2
èng dßng ®iÖn: n
0
, |e|, , dS
n
v
dS

n
J
r
+
v
r
+
Sè h¹t ®iÖn ®i qua dS
n
trong
mét ®¬n vÞ thêi gian:
)dSv(ndn
n0
=
)dSv(n|e|dn|e|dI
n0
=
=
v|e|ndS/dIJ
0n
=
=
venJ
0
r
r
=
Dßng nhiÒu lo¹i h¹t:
∑
=

i
iii0
venJ
r
r
3. §Þnh luËt Ohm ®èi víi mét ®o¹n m¹ch
®iÖn trë thuÇn
A
B
V
1
>V
2
E
r
I
r
I=(V
1
-V
2
)/R
§é dÉn cña ®o¹n m¹ch:
g=1/R
•§iÖntrëvμ ®iÖn trë suÊt:
dI=[V-(V+dV)]/R=-dV/R
R=(V
1
-V
2

)/I
Ω=V/AR=ρl/S
n
• D¹ng vi ph©n ®Þnh
luËt Ohm
dS
n
V
V+dV
E
r
J
r
dl
R=ρdl/dS
n
)
dl
dV
(
1
dS
dI
J
n
−
ρ
==
EJ
σ

=
EJ
r
r
σ=
T¹i mét ®iÓm bÊt k× cã
dßng ®iÖn ch¹y qua:
E~J
r
r
• SuÊt ®iÖn ®éng
Nguån ®iÖn: Duy
tr× cùc d−¬ng, ©m
+-
-
+
-
=>Lùc l¹ ®Èy ®iÖn tÝch trong nguån: T−¬ng
t¸c ph©n tö, c¶m øng ®iÖn tõ, lùc ®iÖn tõ =>
Tr−êng l¹
C
• SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn:
lμ ®¹i l−îng cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña lùc
®iÖn tr−êng dÞch chuyÓn ®iÖn tÝch +1 mét
vßng quanh m¹ch kÝn cña nguån ®ã.
q/A
=
ζ
∫
+=

C
sd)
*
EE(qA
r
rr
E
r
*
E
r
VÐc t¬ c−êng®étr−êng tÜnh ®iÖn
VÐc t¬ c−êng®é®iÖntr−êng l¹
∫∫
+==ζ
CC
*
sdEsdEq/A
r
r
r
r
0sdE
C
=
∫
r
r
Trong pin tại bề mặt điện
cực có hiệu thế nhảy vọt:

SĐĐ trong pin=tổng các
hiệu điện thế nhảy vọt
V
Suất điện động của nguồn
điện =Lu số của trờng lạ
Suất điện động của nguồn điện: l đại
lợng có giá trị bằng công của lực điện
trờng lạ dịch chuyển điện tích +1 một
vòng quanh mạch kín của nguồn đó.

=
C
*
sdE
r
r
+-
v
V
V
1. T−¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn, ®Þnh luËt Ampe
1.1. ThÝ nghiÖm vÒ t−¬ng t¸c tõ
T−¬ng t¸c tõ
T−¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn
+-
+
-
+-
1.2. Định luật Ampe

0

lId
r
00
ldI
r
n
r
r
r
P
O
M
0
Fd
r
OMr =
r
n v
r
r
r
r,ld
ĐLAmpe trong chân không:
lId
r
00
ldI
r

tác dụng lên
lực
:có
0
Fd
r
Phơng vuông góc với mặt phẳng chứa
,n
r
0
ld
r
2
000
r
sinIdlsindlI
.k


=
0
dF
Có độ lớn bằng


=
4
k
0

0
=4.10
-7
H/m - Hằng số từ
thuận diện tam thnh
tạo ny tự thứ theo Fd v cho sao chiều Có
0
theo thứ tự ny
hợp thnh tam diện thuận
r
r
r
n,ld
0

3
000
r
)rlId(ldI
.
4
r
r
r
r
ìì


=
0

Fd
Trong môi trờng:
3
000
r
)rlId(ldI
.
4
r
r
r
r
ìì


=Fd
- Hằng số từ môi hay độ từ thẩm tỷ đối của
môi trờng nói lên khả năng dẫn từ
KK
1;
Fe
rất lớn
Định luật Ampe l định luật cơ bản trong tơng
tác từ (tơng ứng Đ/L Culông trong tơng tác
điện)
Đúng với tơng tác giữa các dòng điện hữu hạn
00000
sin.dlI|nldI| =ì
r
r

=ì sinr.Idl|rlId|
r
r
Biểu thức:
2.Véc tơ cảm ứng từ v véc tơ cờngđộtừ
trờng
2.1. Khái niệm về từ trờng:
Tơng tác giữa các dòng thực hiện nh thế no?
Có 2 thuyết: Thuyết tơng tác xa, v Thuyết
tơng tác gần
Thuyết tơng tác xa: Không thông qua môi trờng
no, tức thời v
tt
=, Dòng điện không gây biến đổi
môi trờng => Trái với tiền đề Anhxtanh
Thuyết tơng tác gần: Dòng điện lmmôitrờng
xung quanh biến đổi, gây ra một từ trờng lan
truyền với v=c, Từ trờng gây từ lực lên dòng điện
khác v
t
t
=c; Đúng
3
000
r
)rlId(ldI
.
4
r
r

r
r
ìì


=Fd
2.2. Véc tơ cảm ứng từ
Trờng tĩnh điện, lực tơng tác tĩnh điện
3
0
0
r
rq.q
.
4
1
r
r

=F
3
00
r
r.q
.
4
1
q
F
r

r
r

== E
Lực tơng tác từ của 2 dòng điện
gây ra từ trờng
với véc tơ cảm ứng
từ
lId
r
3
0
r
rlId
.
4
r
r
r
ì


=Bd

lId
r
Bd
r
r
r

P
O
M

lId
r
Bd
r
r
r
P
O
M
Định lý Biô-xava-Laplatz:
Bd
r
do gây ra tại M cách l
một véc tơ có:
lId
r
r
r
Gốc tại M
Phơng P chứa v
Bd
r
r
r
lId
r

BdldIFd
00
r
r
r
ì=
Bd v
r
r
r
r,ld
Chiều sao cho 3 véc tơ theo thứ
tự đó hợp thnh tam diện thuận
Qui tắc vặn ren phải: Chiều vặn của từ trờng,
Chiều tiến của dòng điện
2
0
r
sinIdl
.
4




=dB
Giá trị
2.3. Nguyên lý chồng chất từ trờng

=

=+++=
n
1i
in21
BB BBB
rrrrr
B
r
Bd
r
Véc tơ cảm ứng từ do một dòng điện bất kỳ
gây ra tại M bằng tổng các véc tơ cảm ứng từ
do tất cả các phần tử nhỏ của dòng điện gây ra:

= BdB
r
r
cả dòng điện
Véc tơ cảm ứng từ do nhiều dòng điện gây ra
Trong các bi toán cụ thể:
Xác định phơng, chiều bằng hình vẽ.
Tính tích phân xác định giá trị của B.
2.4. VÐc t¬ c−êng®étõtr−êng
VÐc t¬ c¶m øng tõ chøa μ nªn mËt ®é ®−êng søc
thay ®æi => VÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng kh«ng
phô thuéc vμom«itr−êng:
μμ
=
0
B

H
r
r
2.5. øng dông:
a, C¶m øng tõ cña mét dßng ®iÖn th¼ng
R
r
r
θ
2
θ
1
θ
×
B
r
∫
θ
π
μ
μ
=
AB
2
0
r
sindl
.
4
I

B
l
dl
A
B
θ
θ
=⇒θ=
2
sin
Rd
dlgcot
R
l
θ
=
sin
R
r
2
1
2
1
|)cos(
R4
I
R
sind
.
4

I
00
θ
θ
θ
θ
θ−
π
μμ
=
θθ
π
μμ
=
∫
B
)cos(cos
R4
I
B
21
0
θ−θ
π
μ
μ
=
Dßng ®iÖn th¼ng dμiv«h¹n:θ
1
=0, θ

2
=π
,
R2
I
H,
R2
I
B
0
π
=
π
μ
μ
=
m1
A1
H =
I=1A, 2πR=1m
A/m lμ c−êng ®é tõ tr−êng sinh ra trong ch©n
kh«ng bëi mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn
th¼ng dμi v« h¹n, thiÕt diÖn trßn t¹i c¸c ®iÓm
trªn vßng trßn ®ång trôc víi d©y cã chu vi lμ 1m
b, Dßng ®iÖn trßn
2
ld
r
2
Bd

r
R
h
2
1
22
)hR(r +=
Bd
r
β
= cosdB2dB
1
1
ld
r
1
Bd
r
r
r
r
r
β
r
R
cos =β
2
0
r
sinIdl

.
4
θ
π
μ
μ
=
1
dB
1
2
sinsin =
π
=θ
2/322
0
)hR(
R.Idl
.
2
+
π
μμ
=dB
2/322
2
0
R
0
2/322

0
)hR(2
RI
dl
)hR(2
IR
+π
πμμ
=
+π
μμ
=
∫
π
B
2/322
m0
)hR(2
P
B
+π
μμ
=
r
r
n
r
n.SS
r
r

=
SIP
m
r
r
=
c, H¹t ®iÖn chuyÓn ®éng
3
0
r
rlId
.
4
r
r
r
×
π
μμ
=Bd
do phÇn tö dßng ®iÖn
+
ld
r
dlSndVndn
n00
=
=
3
n0

0
r.dlSn
rlId
.
4dn
r
r
r
r
×
π
μμ
==
Bd
B
q
n0n
vS|q|njSI ==
3
0
r
rvq
.
4
r
r
r
×
π
μ

μ
=
q
B
v
dl
lvd
r
r
=
+
-
q
B
r
I
r
v
r
r
r
Bd
r
q>0
q
B
r
vq
r
r

r
theo thø tù ®ã hîp thμnh
tam diÖn thuËn
3. Từ thông, ĐL ôxtrôgratxki-Gauox
3.1. Đờng cảm ứng từ / đờng
sức của từ trờng
l đờng cong vạch ra trong từ trờng m tiếp
tuyến tại mọi điểm của nó trùng với phơng của
véc tơ cờng độ từ trờng tại điểm đó, chiều
của đờng cảm ứng từ l chiềucủavéctơcờng
độ từ trờng
dn
m
=B.dS
n
Số đờng sức đi vuông góc qua một đơn vị
diện tích = độ lớncủa véc tơ cảm ứng từ
Tập hợp đờng sức của từ trờng= từ phổ
⊕
§Æc ®iÓm: ®−êng c¶m øng tõ lμ
c¸c ®−êng kÝn
3.2. Tõ th«ng
dS
B
r
SdBd
m
r
r
=Φ

n.dSSd
r
r
=
n
r
α
göi qua diÖn tÝch dS lμ ®¹i l−îng
B
r
VÐc t¬ c¶m øng tõ,
nnm
BdSdSBcosBdSd
=
=
α
=
Φ
dS
n
Tõ th«ng göi qua diÖn tÝch S
SdB
S
m
r
r
∫
=Φ
Tõ tr−êng ®Òu göi vu«ng gãc qua diÖn tÝch S
BSdSBdSB

SS
m
===Φ
∫∫
)Tesla(T1m/Wb1
m1
Wb1
S
B
2
2
m
===
Φ
=
Tesla lμ c¶m øng tõ cña mét tõ th«ng ®Òu 1vebe
xuyªn vu«ng gãc qua diÖn tÝch ph¼ng 1m
2
3.3. TÝnh chÊt xo¸y cña tõ tr−êng: C¸c ®−êng
søc cña tõ tr−êng lμ c¸c ®−êng cong khÐp kÝn
3.3. §L «xtr«gratxki-Gauox
S
n
r
'
α
0SdB
S
=
∫

r
r
V
0dVBdivSdB
VS
∫∫
==
r
r
r
0Bdiv =
r
Tõ th«ng toμn phÇn göi
qua mÆt kÝn bÊt kú th×
b»ng kh«ng
n
r
α
D¹ng tÝch ph©n
D¹ng vi ph©n
4. Lu số của véc tơ cờngđộtừtrờng,
Định luật Ampe về dòng điện ton phần:
o
C
H
r
ld
r
I
P

)ld

Hcos(HdlldH
CC

=
r
r
r
r
Lu số của véc tơ cờng
độ từ trờng dọc theo
đờng cong kín (C) l đại
lợng về trị số bằng tích
phân dọc theo
đờng cong đó:
ldH
r
r
Định luật Ampe
về dòng điện ton
phần:



=

=
CCC
d

2
I
rd
r2
I
ldH
r
r
r2
I
H

=
= rd)ld

Hcos(dl
r
r
d