Chương 14: Từ trường

CHƢƠNG 14: TỪ TRƢỜNG

I. TƢƠNG TÁC TỪ
1. Thí nghiệm.
2. Ðịnh luật Ampère về lực tương tác giữa hai dòng điện.
II. TỪ TRƢỜNG(VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƢỜNG ÐỘ TỪ TRƢỜNG.
1. Khái niệm về từ trường.
2. Véctơ cảm ứng từ.
3. Nguyên lý chồng chất.
4. Véctơ cường độ từ trường.
5. Tính từ trường của dòng điện.
III. ÐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ. TỪ THÔNG. ÐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS
1. Ðường cảm ứng từ.
2. Từ thông.
3. Ðịnh lý Otrogradski-Gauss .
IV. ÐỊNH LUẬT AMPÈRE
V. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÕNG ÐIỆN
VI. SỰ TỪ HÓA
VII. DÕNG ÐIỆN PHÂN TỬ
VIII. THUẬN TỪ VÀ NGHỊCH TỪ

I. TƢƠNG TÁC TỪ
1 Thí nghiệm TOP



Ðầu thế kỷ XIX, nhà vật lý Pháp Ampère phát hiện rằng: hai dây dẫn mang dòng điện cũng tương

tác với nhau. Hai dây dẫn đặt song song với nhau sẽ hút nhau nếu trong hai dây có dòng điện chạy cùng
chiều, và chúng đẩy nhau nếu dòng điện chạy ngược chiều (Hình14.3). Như vậy, cuộn dây có dòng điện
chạy qua cũng hút hoặc đẩy nhau. Mỗi cuộn dây có dòng điện chạy qua, tương đương với một nam châm,
cũng có hai cực. Cực tương đương với cực Bắc của nam châm được gọi là cực bắc của cuộn dây, đó là cực
mà nếu nhìn từ ngoài vào cuộn dây, ta thấy dòng điện đi ngược chiều kim đồng hồ (Hình14.4). Hai cuộn
dây có dòng điện chạy qua hút nhau nếu hai cực khác tên của chúng gần nhau, và đẩy nhau nếu hai cực
cùng tên gần nhau.

2 Ðịnh luật Ampère về lực tƣơng tác giữa hai dòng điện TOP


Lực tương tác giữa hai dòng điện phụ thuộc vào cường độ dòng điện, vào hình dạng của dây dẫn
có dòng điện và vào khoảng cách giữa hai dây dẫn. Vì thế không thể xác định được một cách tổng quát lực
tác dụng giữa hai dòng điện bất kỳ. Ta chỉ có thể xác định được định luật về lực tương tác giữa hai nguyên
tố dòng điện.

Ðộ lớn và hướng của lực phụ thuộc vào hướng của các nguyên tố. Ta hãy xét hai nguyên tố xếp đặt
bất kỳ trong không gian như trên hình 14 .5.



Tổng hợp những kết quả trên đây, ta có thể xác định lực tác dụng giữa hai nguyên tố mạch điện
như sau:




Các biểu thức (14.1) và (14.2) chính là biểu thức của định luật Ampère về lực tương tác giữa hai
nguyên tố dòng điện. Ðó là định luật cơ bản về từ, đóng vai trò giống như định luật Coulomb trong tĩnh
điện. Nhờ định luật này, ta có thể tính lực tương tác giữa các dòng điện có hình dạng bất kỳ.

II. TỪ TRƢỜNG - VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƢỜNG ÐỘ TỪ TRƢỜNG.
1 Khái niệm về từ trƣờng TOP
Khi xét sự tương tác giữa các dòng điện, chúng ta đặt ra một số câu hỏi như sau: khi một dây dẫn
có dòng điện đặt gần nó một dòng điện khác thì giữa chúng có lực tương tác; nhưng tại sao lại có lực
tương tác đó? lực tương tác truyền từ dòng điện này sang dòng điện khác như thế nào? khi chỉ có một
dòng điện, thì trong không gian quanh nó có gì biến đổi không? Câu trả lời cũng giống như với tương tác
tĩnh điện. Sở dĩ giữa hai dòng điện có tương tác từ vì xung quanh mỗi dòng điện đều có từ trường. Khi có
một dòng điện đặt trong từ trường thì dòng điện đó chịu tác dụng lực của từ trường.
Từ trường xuất hiện xung quanh dòng điện ngay cả khi không có mặt những dòng điện khác. Khi đó trong
không gian xung quanh dòng điện có những biến đổi nhất định. Sau này, chúng ta sẽ thấy rằng từ trường,
cũng như điện trường, có những tinh chất vật lý xác định và từ trường cũng là một dạng tồn tại của vật
chất.
2 Véctơ cảm ứng từ. TOP
Ðể đặc trưng cho từ trường một cách định lượng, người ta dùng một đại lượng mới là cảm ứng từ.
Ðể xác định độ lớn của cảm ứng từ, người ta dựa vào tính chất cơ bản của từ trường là sự tác dụng của từ
trường lên dòng điện.
Ta có thể tiến hành giống như khi ta đưa ra khái niệm cường độ điện trường của điện tích điểm.
Trong công thức của định luật Ampère (14.2), ta hãy xét riêng véctơ:

Ðó là nội dung của định luật Biot-Savart-Laplace về cảm ứng từ gây bởi một nguyên tố dòng điện.
Từ (14.3), ta thấy độ lớn của cảm ứng từ là:




3. Nguyên lý chồng chất. TOP
Cũng như điện trường, từ trường tuân theo nguyên lý chồng chất.

Ứng dụng các công thức (14.3) và (14.4), ta có thể tính được véctơ cảm ứng từ gây bởi một hệ
thống các dòng điện có hình dạng bất kỳ tại một điểm trong không gian.
4 Véctơ cƣờng độ từ trƣờng. TOP

5. Tính từ trƣờng của dòng điện. TOP



Tích phân trên lấy trên toàn độ dài L của dòng điện.
Sau đây, ta sẽ xét một vài ví dụ áp dụng các biểu thức trên cho một số trường hợp.





Vì dòng điện luôn khép kín, nên thực tế không có dòng điện thẳng dài vô hạn nhưng khi xét từ
trường của một phần thẳng của dòng dây điện sao cho độ dài của nó là lớn hơn rất nhiều so với khoảng
cách từ nó đến điển M thì có thể bỏ qua từ trường của phần dây còn lại (xem như ở qúa xa M) và phần
thẳng của dòng dây điện xem như dài vô hạn
b/ Dòng điện tròn:

Khi đó cảm ứng từ có giá trị như nhau ở mọi điểm trên trục và và xung quanh trục ống dây. Từ
trường ở đó là từ trường đều.


Trong các trường hợp đã xét ở trên, phương của véctơ cảm ứng từ đều trùng với phương của trục
ống dây, và chiều của nó thuận với chiều của dòng điện trên ống theo quy tắc vặn nút chai.
Ðối với một ống dây, ta đặt tên cho hai đầu của nó là đầu Bắc và đầu Nam. Ðầu Bắc là đầu mà
véctơ cảm ứng từ đi ra khỏi ống dây, đầu Nam là đầu mà véctơ cảm ứng từ đi vào ống dây.


III. ÐƢỜNG CẢM ỨNG TỪ. TỪ THÔNG. ÐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS
1. Ðƣờng cảm ứng từ. TOP
Ðường cảm ứng từ là đường vẽ trong từ trường mà tiếp tuyến với nó ở mỗi điểm trùng với véctơ
cảm ứng từ tại điểm đó. chiều dương của đường cảm ứng từ trùng với chiều của véctơ cảm ứng từ tại mỗi
điểm. Vì véctơ cảm ứng từ có giá trị, phương, chiều hòan tòan xác định tại mỗi điểm, nên các đường cảm
ứng từ không bao giờ cắt nhau.
Giống như với đường sức điện trường, ta có thể vẽ các đường cảm ứng từ sao cho mật độ của chúng cho
biết độ lớn của cảm ứng từ tại mỗi điểm.