Bài giảng điện động lực ngô hải đăng

Bài giảng Điện động lực
Ngô Hải Đăng

André-Marie Ampère
(1775-1836)

Michael Faraday
(1791 – 1867)
James Clerk Maxwell Carl Friedrich Gauss
(1831–1879)
(1777–1855)


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
 Trong 6 chương trước: trường tĩnh E(x, y, z) và H(x, y, z).
 Trường tĩnh điện và tĩnh từ (static fields): độc lập nhau
 Trường điện động (dynamic/time-varying electric field) E(x, y, z,

t) và trường từ động (dynamic/time-varying magnetic field) H(x,
y, z, t)
 có liên quan mật thiết với nhau.
 có ý nghĩa thực tiễn hơn trường tĩnh
 Điện tích đứng yên  trường tĩnh điện

Điện tích chuyển động (dòng điện)
Từ cực (magnetic poles)

 trường tĩnh từ

 Điện tích được gia tốc (accelerated charges) hoặc dòng điện biến

đổi theo thời gian (time-varying currents)  trường biến đổi theo
thời gian (time-varying fields)


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell

Chương này:

Electromotive force (lực điện động) dựa trên thí nghiệm
của Faraday.
Displacement current (dòng điện dịch), được tìm thấy từ
dự đoán của hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
Định luật Faraday:

Năm 1820, Oersted tìm ra mối liên hệ giữa điện trường và từ
trường: dòng điện không đổi chạy qua 1 sợi dây thẳng sẽ sinh ra từ
trường.
Vậy từ trường có sinh ra dòng điện không?
Năm 1831, Michael Faraday và Joseph Henry phát hiện: từ

trường biến đổi theo thời gian sẽ sinh ra dòng điện.

Theo đó, trường tĩnh từ không sinh ra dòng điện, nhưng trường
từ động sẽ sinh ra thế cảm ứng trong mạch kín (induced voltage),
electromotive force (emf); chính emf sẽ sinh ra dòng điện.


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell

Vemf  induced current  induced magnetic field  oppose original magnetic
field


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
Điện trường gây ra bởi: điện tích và emf

Các nguồn emf: electric generator, battery, thermocouple, fuel cell, solar cell (convert
nonelectrical energy  electrical energy)
Phản ứng điện hoá (electrochemical)  Ef (trường tạo ra bởi emf).
Do điện tích tích tụ tại các điện cực  trường tĩnh điện Ee
Tổng điện trường:

Lưu ý:
bên ngoài battery, Ef = 0
Ef và Ee có chiều ngược nhau trong battery
chiều của Ee bên trong và bên ngoài battery là ngược nhau

Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
Transformer and Motional electromotive forces


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
 Stationary loop in time-varying B field (transformer EMF)


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
 Moving loop in static B field (motional EMF)

Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
 Moving loop in time-varying field


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell

Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell

Homework 1:


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell
 Dòng điện dịch (displacement current)

Phần trước, ta thấy từ trường biến đổi theo thời gian sẽ sinh ra điện trường,
phần này, ta sẽ xét hiệu ứng ngược lại: điện trường biến đổi sinh ra từ trường.
Với trường tĩnh điện

(*)
Nhưng

Mà phương trình liên tục lại yêu cầu

Vậy, phường trình (*) không phù hợp cho trường hợp trường biến đổi theo
thời gian  cần điều chỉnh


Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell

In order to satisfy the continuity
equation:

Maxwell’s equations
Hệ phương trình Maxwell