LUẬN văn sư PHẠM vật lý các NHÀ bác học vật lý gắn với NHỮNG PHÁT MINH về ðiện

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

Tên ñề tài :

CÁC NHÀ BÁC HỌC VẬT LÝ GẮN
VỚI NHỮNG PHÁT MINH
VỀ ðIỆN.

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ

GV hướng dẫn: Th.s Dương Quốc Chánh Tín
Sinh viên: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Lớp: SP Vật Lý- Tin Học K34
Mã số SV: 1080286
Cần Thơ, tháng 3 năm 2012


---

---

Khi bước vào giảng ñường ðại học, tôi ñã trải qua một kỳ thi tuyển gắt gao
và khi bước vào năm học cuối ñể chuẩn bị tốt nghiệp ra trường tôi ñã quyết ñịnh
chọn cách thức làm luận văn thay vì học thay thế, ñây ñược xem là hai bước ngoặt
quan trọng ở quãng ñời sinh viên của tôi. Trong thời gian làm luận văn tôi ñã ñược
mở rộng vốn tri thức của mình, tôi ñã biết thế nào là một công trình nghiên cứu
khoa học thực thụ… Và ñể hoàn thành luận văn này tôi ñã nhận ñược sự hỗ trợ rất
nhiều từ phía thầy cô, bạn bè và các cơ quan ban ngành liên quan.

ðầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất ñến thầy Dương Quốc
Chánh Tín, người ñã trực tiếp hỗ trợ tôi trong quá trình tìm hiểu, thu thập tài liệu
kể cả phương pháp, cách thức thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến quý thầy cô trong Bộ Môn Vật lý,
quý thầy cô trong Khoa Sư Phạm cũng như quý thầy cô trong trường ðại Học Cần
Thơ ñã truyền ñạt tri thức, kinh nghiệm sống quý báu trong suốt khoảng thời gian
tôi học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn ñến Thư Viện Khoa Sư Phạm, Trung tâm học liệu
trường ðại học Cần Thơ, các Sở, Ban ngành ñã hỗ trợ tài liệu ñể tôi có thể hoàn
thành luận văn.
Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn ñến tập thể lớp Sư phạm Vật lý- Tin
học khóa 34, những người bạn ñồng hành cùng tôi trong suốt bốn năm học dưới
mái trường ñại học, ñã ñộng viên, giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả!
Cần Thơ, ngày…tháng…năm…..
Sinh viên thực hiện

Phạm Nguyễn Trúc Ngân


MỤC LỤC
--

--

Phần I : MỞ ðẦU
1. Lý do chọn ñề tài.............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu. ......................................................................................................2
3. ðối tượng nghiên cứu ....................................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu.........................................................................................................2

5. Quan ñiểm nghiên cứu ....................................................................................................2
6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................2
7. Kết cấu ñề tài...................................................................................................................2

Phần II : NỘI DUNG
Chương 1:
SỰ NGHIỆP CỦA CÁC NHÀ KHOA HỌC VÀ ðÓNG GÓP CỦA HỌ
TRONG LĨNH VỰC ðIỆN HỌC

1. ANðRE MARIE AMPE ...............................................................................................4
1.1 Cuộc ñời và sự nghiệp...............................................................................................4
1.2. Kiến thức vật lý có liên quan ...................................................................................6
1.2.1. Tác dụng của từ trường lên phần tử dòng ñiện .................................................6
1.2.2. Tác dụng tương hổ giữa hai dây dẫn thẳng .......................................................7
1.2.3. ðịnh lý Ampe ....................................................................................................7
1.2.4.Bản chất dòng ñiện trong phân tử ......................................................................8
1.3. Phát minh quan trọng .............................................................................................10
1.4. Giá trị khoa học của các phát minh........................................................................10
1.5. Những ñức tính quý báu.........................................................................................11


2. CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB ..................................................................12
2.1 Cuộc ñời và sự nghiệp.............................................................................................12
2.2. Kiến thức vật lý có liên quan .................................................................................13
2.2.1. Lực tĩnh ñiện tổng quát ...................................................................................13
2.2.2. ðịnh luật Coulomb trong chân không.............................................................14
2.2.3. ðịnh luật Coulomb trong các môi trường .......................................................15
2.3. Phát minh quan trọng: Cân xoắn Coulomb.............................................................15
2.3.1. Lịch sử...............................................................................................................15
2.3.2. Cấu tạo ..............................................................................................................15

2.3.3. Nguyên tắc hoạt ñộng .......................................................................................15
2.3.4. Ứng dụng...........................................................................................................17
2.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................17
2.5. Những ñức tính quý báu............................................................................................17
3. MICHEL FARADAY ....................................................................................................18
3.1 Cuộc ñời và sự nghiệp.............................................................................................18
3.2. Kiến thức vật lý có liên quan .................................................................................21
3.2.1. Sự phân cực ñiện môi, hằng số ñiện môi ........................................................21
3.2.2. Sự ñiện phân....................................................................................................22
3.2.3. ðịnh luật Faraday về ñiện phân ......................................................................23
3.2.3.1. ðịnh luật Faraday 1...................................................................................23
3.2.3.2. ðịnh luật Faraday 2..................................................................................23
3.2.3.3. ðịnh luật Faraday dạng chung ..................................................................24
3.2.4. Thí nghiệm Faraday về hiện tượng cảm ứng ñiện từ .......................................24
3.2.5. Hiện tượng cảm ứng ñiện từ ............................................................................26
3.3. Phát minh quan trọng: Máy phát ñiện.........................................................................26
3.3.1. Lịch sử..................................................................................................................26
3.3.2. Cấu tạo ................................................................................................................27
3.3.3. Nguyên tắc hoạt ñộng ...........................................................................................2
3.3.4. Ứng dụng.............................................................................................................28


3.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................28
3.5. Những ñức tính quý báu............................................................................................28
4. BENJIAMIN FRANKLIN ..........................................................................................29
4.1 Cuộc ñời và sự nghiệp.............................................................................................29
4.2. Kiến thức vật lý có liên quan .................................................................................31
4.2.1. Hiện tượng ñiện hưởng ....................................................................................31
4.2.2. Sét....................................................................................................................32
4.2.2. Từ mây xuống ñất ...........................................................................................32

4.2.2.2. Từ ñất lên mây ..........................................................................................33
4.2.2.3. Từ mây sang mây.......................................................................................33
4.3. Phát minh quan trọng:Cột thu lôi.........................................................................34
4.3.1. Lịch sử phát minh ..........................................................................................34
4.3.2. Thí nghiệm của Benjamin Franklin ...............................................................34
4.3.2. Cấu tạo cột thu lôi ...........................................................................................36
4.3.3. Nguyên tắc hoạt ñộng ......................................................................................36
4.3.4.Tác dụng cột thu lôi ...........................................................................................37
4.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................38
4.5. Những ñức tính quý báu...........................................................................................38
5. LUIGI GALAVA NI ....................................................................................................39
5.1 Cuộc ñời và sự nghiệp.............................................................................................39
5.2. Kiến thức vật lý có liên quan .................................................................................40
5.2.1. Tác ñộng sinh học của trường ñiện từ lên cơ thể..............................................40
5.2.2. Tác ñộng nhiệt..................................................................................................41
5.2.3.Tác ñộng gây rối loạn thần kinh........................................................................41
5.2.4. Tác ñộng gây rối loạn hệ thống tuần hoàn......................................................41
5.2.5. Tác ñộng ñiện tĩnh ...........................................................................................41
5.2.6. Các tác ñộng khác ............................................................................................42
5.2.7. Phát hiện từ chiếc ñùi ếch .................................................................................42
5.3. Phát minh quan trọng: ðiện sinh học........................................................................43


5.3.1. Khái niệm về ñiện sinh học- từ sinh học............................................................43
5.3.2. Các lĩnh vực nhỏ trong ñiện từ sinh học ............................................................43
5.3.2.1. Công thức Maxwell.....................................................................................43
5.3.2.2. Tính thuận nghịch ......................................................................................44
5.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................44
5.4.1. Sóng ngắn trị liệu ................................................................................................44
5.4.1.1. Tác dụng giảm ñau........................................................................................45

5.4.1.2 Tác dụng chống viêm....................................................................................45
5.4.1.3 Tác dụng ñối với mạch máu...........................................................................45
5.4.1.4 Tác dụng lên hệ thần kinh vận ñộng .............................................................45
5.4.2. Dùng vi ñiện cực ñưa thuốc vào não.....................................................................46
5.4.3. ðiện xung trị liệu ...................................................................................................47
5.4.3.1. Tác dụng kích thích thần kinh cơ.....................................................................47
5.4.3.2. Chỉ ñịnh ñiều trị ................................................................................................48
5.4.4. Sử dụng ñiện trường ñể tấn công tế bào ung thư .................................................48
5.5. Những ñức tính quý báu.............................................................................................48
6. JAMES PRESCOTT JOULE .......................................................................................49
6.1 Cuộc ñời và sự nghiệp................................................................................................49
6.2. Kiến thức vật lý có liên quan ....................................................................................50
6.2.1. Công, công suất của dòng ñiện .............................................................................50
6.2.2. ðịnh luật Joule-Lent ............................................................................................50
6.2.2.1. ðịnh luật Joule- Lent dạng thường .................................................................50
6.2.2.2. ðịnh luật Joule- Lent dạng vi phân.................................................................51
6.2.3. Hiệu ứng Joule- Thomson....................................................................................52
6.3. Phát minh quan trọng: .................................................................................................52
6.4. Giá trị khoa học của các phát minh.............................................................................52
6.5. Những ñức tính quý báu..............................................................................................53

7. JAMES CLERK MAXWELL .......................................................................................53


7.1 Cuộc ñời và sự nghiệp................................................................................................53
7.2. Kiến thức vật lý có liên quan ....................................................................................55
7.2.1. ðiện trường xoáy .................................................................................................55
7.2.2. Phương trình Maxwell- Faraday ...........................................................................55
7.2.3. Phương trình Maxwell- Ampere ...........................................................................58
7.2.4. Trường ñiện từ ......................................................................................................59

7.2.5. Hệ phương trình Maxwell.....................................................................................59
7.2.5.1. Hệ phương trình Maxwell thứ nhất..................................................................59
7.2.5.2. Hệ phương trình Maxwell thứ hai....................................................................60
7.3. Phát minh quan trọng: ...............................................................................................60
7.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................60
7.5. Những ñức tính quý báu............................................................................................61
8. GEORGE SIMON OHM ...............................................................................................61
8.1 Cuộc ñời và sự nghiệp................................................................................................61
8.2. Kiến thức vật lý có liên quan ....................................................................................63
8.2.1. ðịnh luật Ohm trong ñoạn mạch ñồng chất, ñiện trở ..........................................63
8.2.1.1. Dạng vi phân ...................................................................................................63
8.2.1.2. Dạng tích phân ................................................................................................63
8.2.2. ðịnh luật Ohm tổng quát......................................................................................64
8.3. Phát minh quan trọng: ...............................................................................................64
8.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................64
8.5. Những ñức tính quý báu............................................................................................65
9. ALEXANDRO VOLTA...............................................................................................65
9.1 Cuộc ñời và sự nghiệp................................................................................................65
9.2. Kiến thức vật lý có liên quan ....................................................................................66
9.2.1 Dòng ñiện trong chất ñiện phân (ðL Ohm ñối với chất ñiện phân). ....................66
9.2.2. ðiện dung.............................................................................................................67
9.3. Phát minh quan trọng: ...............................................................................................67
9.3.1. Vài nét về lịch sử .................................................................................................67


9.3.2. Cấu tạo pin volta ..................................................................................................68
9.3.3. Cơ chế xuất hiện suất ñiện ñộng ..........................................................................69
9.3.4. Nguyên tắc hoạt ñộng ..........................................................................................70
9.4. Giá trị khoa học của các phát minh...........................................................................70
9.5. Những ñức tính quý báu............................................................................................71

Chương 2:

GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ
1. VAI TRÒ CỦA GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG...................................................................72
2. NỘI DUNG CỦA GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG ..............................................................72
2.1. Giáo dục thế giới quan khoa học ..............................................................................73
2.1.1. Nội dung thế giới quan khoa học trong giáo trình vật lý .....................................73
2.1.2. Các quan niệm của triết học duy vật biện chứng ..................................................74
2.1.2.1. Khái niệm vật chất ...........................................................................................74
2.1.2.2. Tính vận ñộng của vật chất ..............................................................................74
2.1.3. Tính biện chứng trong các hiện tượng, quá trình vật lý..........................................75
2.1.3.1. Quy luật về sự thống nhất và ñấu tranh ............................................................75
2.1.3.2. Quy luật chuyển hoá giữa “lượng và chất”........................................................76
2.1.3.3. Quy luật nhân quả ..............................................................................................76
2.1.3.4. Quy luật phủ ñịnh của phủ ñịnh........................................................................77
2.1.4. Phương pháp thực hiện nội dung giáo dục..............................................................77
2.1.4.1. Thế giới quan khoa học phải ñược rút ra ..........................................................77
2.1.4. 2. Thế giới quan không chỉ là sự hiểu biết............................................................78
2.1.4.3. Thế giới quan là kết quả của một quá trình ......................................................78
2.2. Giáo dục nhân sinh quan cộng sản............................................................................78
2.2.1. Giáo dục lòng yêu nước, yêu chế ñộ xã hội chủ nghĩa .........................................79
2.2.2. Giáo dục tính kiên trì, lòng dũng cảm cho học sinh ..............................................80
2.2.3. Giáo dục môi trường và chất lượng cuộc sống .......................................................80


2.2.4. Giáo dục thái ñộ ñối với lao ñộng...........................................................................81

Chương 3:

LỒNG GHÉP GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ
1. Các nhiệm vụ của việc dạy học vật lý............................................................................82
2. Biện pháp giáo dục tư tưởng..........................................................................................83
3. Lồng ghép giáo dục tư tưởng trong các tiết học vật lý ..................................................83
3.1 Phương thức lồng ghép ...............................................................................................84
3.1.1. Sử dụng cho bài giảng Powerpoint .......................................................................84
3.1.2. Sử dụng cho các tiết giáo dục ngoài giờ lên lớp...................................................84
3.1.3. Sử dụng cho các buổi ñố vui.................................................................................84
3.2. Các giai ñoạn có thể lồng ghép ...................................................................................84
3.2.1. Mở ñầu bài giảng ...................................................................................................84
3.2.2. Nội dung bài giảng.................................................................................................84
3.2.3. Kết thúc bài giảng ..................................................................................................84

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận ........................................................................................................................85
1.1. Những vấn ñề mà ñề tài ñã làm ñược ......................................................................85
1.2. ðiểm ñặc biệt nhất của ñề tài ..................................................................................85
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo..........................................................................................85


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

PHẦN 1: MỞ ðẦU
1. Lý do chọn ñề tài:
Chúng ta ñang sống trong thời ñại mới - thời ñại văn minh, khoa học, nhất
là sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ thông tin; nó ñã làm cho chất lượng
cuộc sống con người ngày ñược nâng cao. Và ñể có những thiết bị máy móc hiện
ñại và tự ñộng hoá cao như ngày hôm nay ñể chúng ta sử dụng, ñó là tất cả công
sức, sự hy sinh và phấn ñấu không mệt mỏi của các nhà bác học vĩ ñại. ðể có một
chiếc cột lôi gắn trên nóc nhà chúng hôm nay là cả một quá trình nghiên cứu

không ngừng nghỉ của Franklin và có cả nhà khoa học ñã bỏ mạng vì nó. Hay ñể
có ñịnh luật Ohm chúng ta học ngày hôm nay, nhà bác Ohm ñã cố gắng rất phi
thường, dùng hết sạch tiền lương ñể mua dụng cụ thí nghiệm, sống một cuộc sống
nghèo nàn ñến nỗi cả ñời không lấy nổi vợ.
Xã hội ngày càng phát triển hiện ñại hơn, tuy nhiên mặt trái không mong
muốn mà nó mang lại là vấn ñề ñạo ñức của giới trẻ bị suy thoái nghiêm trọng.
Vấn ñề này ñang là thách ñố cho các nhà giáo dục cũng như những người có trách
nhiệm.
“Giới trẻ là tương lai của xã hội và nhân loại”. ðó là câu khẳng ñịnh nhiều người
ñã biết. Nhưng ñối diện với thực tế thì ai cũng thấy lo lắng cho tương lai ấy. Cứ
như thực tế hiện nay thì nhân loại sẽ ñi tới ñâu, khi một bộ phận giới trẻ ngày nay
có lối sống thực dụng, thiếu ước mơ và hoài bão, lập thân, lập nghiệp; những tiêu
cực trong thi cử, bằng cấp, chạy theo thành tích, chạy theo những giá trị vật chất
mà bỏ quên những giá trị tinh thần.Tình trạng giới trẻ sống buông thả, không coi
trọng những giá trị ñạo ñức ñã và ñang diễn ra ở nhiều nơi. Bằng chứng là các
phương tiện truyền thông ñã liên tiếp ñăng tải các bài viết phản ánh về thực trạng
này: bạn bè chém giết lẫn nhau, thậm chí hành hung cả thầy cô giáo, rồi con giết
cha, anh giết em; trẻ vị thành niên cũng gây ra nhiều vụ án mạng nghiêm trọng.
Những hành vi tàn bạo này ñược ñăng trên mặt báo chỉ là tảng băng nổi, thực tế
còn nhiều hơn nữa. Cách ñây không lâu người ta choáng váng vì một ñoạn video
clip nữ sinh ñánh bạn ñăng tải trên Internet. Trong clip này, một cô bé ñang bị một
nữ sinh tóc ngắn vừa ñánh tới tấp vào mặt vừa chửi tục với kiểu "dạy dỗ" rất “anh
chị”. Trong khi ñó, nhiều học sinh khác ngồi chễm chệ ở ghế ñá và thản nhiên
nhìn vụ ñánh hội ñồng này. Một thái ñộ vô cảm không thể ngờ ñược. Sau ñó, dư
luận lại ñau lòng và kinh hãi trước tình trạng bạo lực học ñường ngày càng gia
tăng của nữ sinh Việt Nam ñược phản ánh liên tục trên các phương tiện truyền
thông. ðáng báo ñộng hơn nữa, hiện tượng sinh viên, học sinh ñánh giáo viên
cũng gia tăng. Có những giáo viên ñang giảng bài, bất ngờ bị học trò lấy mã tấu
trong cặp xông lên bục giảng chém trọng thương. Chính những tình trạng trên là
con ñường dễ dàng ñưa giới trẻ vào những sai phạm, nhúng sâu vào vũng lầy tội

lỗi. ðây là một hồi chuông báo ñộng cho chúng ta.
ðánh giá thực trạng giáo dục, ñào tạo Nghị quyết Trung Ương 2 khóa VIII
nhấn mạnh: “ ðặc biệt ñáng lo ngại là một bộ phận học sinh, sinh viên có tình
trạng suy thoái về ñạo ñức, mờ nhạt về lý tưởng, theo lối sống thực dụng, thiếu
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

1


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

hoài bão lập thân, lập nghiệp vì tương lai của bản thân và ñất nước. Trong những
năm tới cần tăng cường giáo dục tư tưởng ñạo ñức, ý thức công dân, lòng yêu
nước, chủ nghĩa Mác Lê Nin, tư tưởng Hồ Chí Minh… tổ chức cho học sinh tham
gia các hoạt ñộng xã hội, văn hoá, thể thao phù hợp với lứa tuổi và với yêu cầu
giáo dục toàn diện”.
Xuất phát từ những lý do khách quan, chủ quan như ñã phân tích, là một sinh
viên, một giáo viên tương lai, hơn ai hết tôi rất xem trọng vấn ñề giáo dục tư
tưởng, ñạo ñức cho học sinh, và tôi mong muốn rằng mọi người thật sự hiểu và
trân trọng hơn những công lao, những ñóp góp của các nhà khoa học. Thông qua
những tấm gương của các nhà bác học, mọi người sẽ có một ñịnh hướng tốt ñể rèn
luyện ñạo ñức bản thân và góp phần làm cho rạng ngời truyền thống ñạo ñức sáng
ngời của dân tộc ta, vì thế tôi mạnh dạn chọn ñề tài: “ Các nhà bác học vật lý gắn
với những phát minh về ñiện” ñể làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu:

Tìm hiểu cuộc ñời và sự nghiệp các nhà bác học Vật lý gắn với những phát minh
về ñiện.
Tìm hiểu vai trò của giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý.
ðưa ra các phương thức lồng ghép giáo dục tư tưởng cho học sinh thông qua tấm
gương các nhà bác học Vật lý.
3. ðối tượng nghiên cứu:
Cuộc ñời và sự nghiệp các nhà bác học Vật lý gắn với những phát minh về ñiện.
4. Phạm vi nghiên cứu:
Các nhà bác học về ñiện từ năm 1700 trở về sau.
5. Quan ñiểm nghiên cứu:
ðưa ra phương pháp lồng ghép giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý
thông qua tấm gương của các nhà Bác học Vật lý.
6. Phương pháp nghiên cứu:
ðể tiến hành làm luận văn này tác giả ñã tìm tài liệu về cuộc ñời và và sự nghiệp
của các nhà khoa học có ñóng góp cho ngành ñiện học.
7. Kết cấu luận văn : Gồm 3 phần
• Phần mở ñầu
1. Lý do chọn ñề tài.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
3. ðối tượng nghiên cứu.
4. Phạm vi nghiên cứu.
5. Quan ñiểm nghiên cứu.
6. Phương pháp nghiên cứu.
7. Kết cấu luận văn
• Phần nội dung
Chương I: Sự nghiệp của các nhà khoa học và ñóng góp của họ trong lĩnh
vực ñiện học
1. Anñre Marie Ampe
2. Charles Augustin De Coulomb
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân

Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

2


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

3. Michael Faraday
4. Benjiamin Franklin
5. Luigi Galvani
6. James Prescott Joule
7. James Clerk Maxwell
8. George Simon Ohm
9. Alexandro Volta
Chương II: Giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý.
1. Vai trò của giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý.
2. Nội dung của giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý.
Chương III: Lồng ghép giáo dục tư tưởng học sinh trong dạy học Vật lý.
1. Các nhiệm vụ của việc dạy học vật lý ở trường phổ thông.
2. Biện pháp giáo dục tư tưởng trong dạy học Vật lý
3. Lồng ghép giáo dục tư tưởng trong dạy học Vật lý.
• Phần kết luận
Kết quả ñạt ñược.
Hướng nghiên cứu tiếp theo.

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân

Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

3


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG I :
SỰ NGHIỆP CỦA CÁC NHÀ KHOA HỌC VÀ ðÓNG GÓP CỦA HỌ
TRONG LĨNH VỰC ðIỆN HỌC
1 ANðRE MARIE AMPE
1.1 Cuộc ñời và sự nghiệp

Hình 1.1: Ampe (1775-1836)

Andre Marie Ampe sinh ngày 20 tháng 1 năm 1775 tại một làng gần
Liong, là nhà vật lý người Pháp và có biệt danh là “Niu tơn của ñiện học”.
Năm 13 tuổi Ampe ñã ñọc hết 20 cuốn của bộ Bách khoa từ ñiển của
ðiñơrô và ông cũng có một bài viết về mặt cắt của hình nón.

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

4


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

Năm 16 tuổi ñã thông thạo các tác giả La Tinh, Hi Lạp. Ông ñọc sách và
học thuộc lòng 28 quyển của từ ñiển Bách Khoa Toàn Thư, ông nổi tiếng là giỏi
toán.
Năm 1801, ông ñược bổ nhiệm giáo sư Vật lý tại trường Ecole centrale de
l'Ain.
Năm 1802, ông viết bài "Những nhận xét về lý thuyết trò chơi toán học”,
ông giữ chức giáo sư Toán và Thiên văn.
Sau ñó, ông rời Liông ñến Paris, tại ñây ông ñược phong làm giáo sư ðại
học Bách Khoa.
Năm 1808, ông trở thành Tổng thanh tra Ðại học, nhận ñược chức giáo sư
Cơ học tại trường Polytechnique.
Năm 1814, ông ñược nhận vào Viện Hàn Lâm và các Hội Khoa học tại Âu
Châu ñã mời ông làm hội viên.
Năm 1820, nhà Vật lý người Ðan Mạch Hans- Christian Oersted (17771851) quan sát sự ñi lệch của kim nam châm khi ñặt gần một dòng ñiện. Ampe hết
sức chú ý ñến thí nghiệm này. Lúc này, ông ñã là một nhà bác học nổi tiếng chống
thuyết chất nhiệt và sớm ủng hộ thuyết sóng ánh sáng. Ông là một trong những
người ñã xây dựng cơ sở và ñóng góp nhiều cho ngành khoa học mới về các hiện
tượng ñiện từ và ông ñã gọi tên nó là “ñiện ñộng lực học”. Ngay sau khi nghe
thông báo về thí nghiệm Ơxtec, ông ñã nghĩ ñến khả năng quy các hiện tượng từ
về các hiện tượng ñiện, và loại trừ “chất từ” khỏi khoa học. Ông khẩn trương làm
thí nghiệm và liên tục thông báo về những kết quả thí nghiệm của ông trong hơn
mười bảng thông báo từ tháng 9 ñến tháng 12 năm 1820.
Năm 1826, ông tổng kết các nghiên cứu của ông trong công trình quan

trọng mang tên “Lý thuyết các hiện tượng ñiện ñộng lực học, rút ra thuần tuý bằng
thí nghiệm”.
Ông ñã ñưa ra hai khái niệm cơ bản của ñiện hoặc là sức căng ñiện (tức là
hiệu ñiện thế) và dòng ñiện, nhưng chưa ñịnh nghĩa ñược thật rõ ràng. Ông ñã ñịnh
nghĩa chiều của dòng ñiện là chiều ñi của ñiện tích dương. Ông cũng phát hiện ra
tương tác giữa hai dòng ñiện, tương tác ñó có thể là hút hoặc ñẩy, và “khác hẳn sự
hút và ñẩy do ñiện ở trạng thái tĩnh gây ra”, ñó không phải là những tương tác
xuyên tâm quen thuộc trong phạm vi thuyết tác dụng xa. Ông suy nghĩ về sự tương
ñương của một dòng ñiện tròn với một lá từ và xây dựng quan niệm về nam châm
như là một tập hợp những dòng ñiện ñặt trên những mặt phẳng vuông góc với
ñường nối liền hai cực của nam châm.
Ampe cũng ñặt vấn ñề dựa vào thí nghiệm ñể tìm ra công thức ñịnh lượng
của tương tác giữa hai nguyên tố dòng…Ông ñã ñi ñến một công thức không ñúng
hẳn với công thức hiện nay, nhưng áp dụng ñược cho các dòng ñiện không ñổi
trong các mạch ñơn giản.
Dựa trên căn bản của lý thuyết, Ampe ñề cập ñến nhiều loại máy như ñiện
kế, máy ñiện báo bằng ñiện và nam châm ñiện.

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

5


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

Ampe ñã làm giàu thuật ngữ ñiện học khi tạo ra một số từ trong vật lí:
courant (dòng ñiện), (lúc ấy người ta gọi là conflit- xung ñột), tension (ñiện thế,
hiệu ñiện thế)….
Ông mất ngày 10 tháng 6 năm 1836 tại Marseille trong lúc ñi thanh tra, vì
kiệt sức do công việc. Ampe ñược an táng ở Macxây.
Năm 1869, hài cốt của Ampe ñược ñưa về Pari.
Năm 1888, một ñài tưởng niệm lớn ñược xây dựng ở Liông ñể tôn vinh
ông. Ampe là một trong những nhà phát minh ra ñiện từ trường.
Ông ñược xem như là một trong những nhà bác học lớn nhất của thế kỷ thứ
XIX , là cha ñẻ của chuyên ngành Vật lý. ðể ghi nhớ công lao của ông, người ta ñã
dùng tên ông ñể ñặt cho ñơn vị ño cường ñộ dòng ñiện (A).
1.2 Kiến thức vật lý có liên quan
1.2.1 Tác dụng của từ trường lên phần tử dòng ñiện
Gọi dF là lực từ tác dụng lên phần tử dòng ñiện Idl,
khi ấy ta có:
r r
r
d F = I ( dl ∧ B )
Gốc : tại phần tử ta ñang xét.
r r
Phương : thẳng góc với mặt phẳng tạo bởi ( Idl , B) .
d
r r r
Chiều : sao cho ( Idl , B, dF ) tạo thành tam diện thuận.
r r
Hình 1.2
Trị số : dF= IBdl.sin( dl , B) .

Hình 1.3 : Quy tắc bàn tay trái

Người ta còn xác ñịnh chiều của lực từ tác dụng theo quy tắc bàn tay trái :
“ðặt bàn tay trái hứng các ñường cảm ứng từ, chiều từ cổ tay ñến ngón tay
chỉ chiều dòng ñiện, khi ñó chiều ngón cái dương ra chỉ chiều lực từ”.
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

6


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

1.2.2 Tác dụng tương hổ giữa hai dây dẫn thẳng song song, dài vô hạn
Cho hai dây dẫn thẳng song song và dài vô hạn ñặt cách nhau một khoảng
d, có dòng ñiện I1, I2 cùng chiều chạy qua. Vì dòng ñiện này nằm trong từ trường
của dòng ñiện kia, nên chúng tác dụng lên nhau những lực từ.
v
I1 tạo ra cảm ứng từ B 1 tại I2 : B1= µµ 0 I 1
r 2rπd
r
r
I
I
Lực từ tác dụng lên phần tử I2 ∆l 2 : ∆F12 = I 2 (∆l 2 ∧ B1 )
1
2
µµ I I

ðộ lớn : ∆F12 = I 2 ∆l 2 B1 = 0 1 2 ∆l 2
2πd
+
Chiều: hướng về dòng ñiện I1
r
Tương tự, lực từ tác dụng lên phần tử I1 ∆l1 :
d

Hì

(

v r
∆F21 = I 1 ∆l1 ∧ B2

)

ðộ lớn : ∆F21 = I 1 ∆l1 B2 =

µµ 0 I 1 I 2
∆l1
2πd

Chiều hướng về dòng ñiện I2
Như vậy hai dòng ñiện song song cùng chiều thì hút nhau.
Cũng lí luận như trên ta sẽ thấy: Hai dây dẫn song song ngược chiều thì ñẩy nhau.
Cho
µ = 1, µ 0 = 4π .10 −7
I 1 = I 2 = 1A, ∆l1 = ∆l 2 = d = 1m

Thì ∆F1 = ∆F2 = 2.10 −7 N
Vậy : Cường ñộ dòng ñiện không ñổi khi chạy qua hai dây dẫn thẳng song
song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ, ñặt trong chân không cách nhau 1m thì lực tác
dụng tương hổ trên 1m chiều dài mỗi dây là 2.10-7 N.
1.2.3 ðịnh lý Ampe
Phần tử dòng ñiện: là một ñoạn nhỏ dòng ñiện có chiều dài và tiết diện
không ñáng kể so với
khoảng cách từ phần tử ñến ñiểm ta khảo sát ñược biểu diễn
r
bằng một vector Id l có :
Id

Hình 1.5
• ðộ lớn : I dl.
• Phương : tiếp tuyến với ñường cong tại ñiểm khảo sát trên dòng ñiện.
• Chiều : là chiều của dòng ñiện trên dây.
Xét 2 dây dẫn hình dạng bất kì ñặt trong chân không có
dòng ñiện
cường ñộ I1,
r
r
I 2. Trên hai dòng ñiện ñó ta lấy hai phần tử dòng ñiện I 1 dl1 và I 2 dl 2 .

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

7


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

I2
M
I1
O
P
Hình
1.6
r

r

Gọi P là mặt phẳng tạo bởi
(I1 d l , O M ); n là véc tơ pháp
tuyến của P tại M.
r
r r
r
r
θ 1 làgóc hợp bởi ((I1 d l , O M ); θ 2 làgóc hợp bởi (I2 d l , n ); O M = rr
r
ðịnh luật Ampe phát biểu như sau : “ Lực từ do phần tử dòng ñiện I 1 dl1 tác dụng
r
lên phần tử dòng ñiện I 2 dl 2 có :
r r
• Phương : thẳng góc với mặt phẳng chứa ( I 2 dl 2 , n ) .

r r r
• Chiều : sao cho ( I 2 dl 2 , n , dF12 ) tạo thành tam diện thuận.
I 1 dl 1 sin θ 1 . I 2 dl 2θ 2
• Trị số :
dF12= k
.
2
r

k: hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào ñơn vị mà ta chọn.
µ

−7
0
Trong hệ SI thì k= 4π với µ 0 = 4π .10 H/m (hằng số từ).

µµ 0 I 1 dl1 sin θ 1 .I 2 dl 2 sin θ 2
.
Trong môi trường có ñộ từ thẩm µ thì dF12=
4π
rr2
r r
v
I
d
l
∧
(
I
d

l
µµ
0
1
1 ∧ r)
. 2 2
Ta có thể biểu diễn lực F12 dưới dạng vectơ: d F 12 =
3
4π
r
ðịnh luật Ampe là ñịnh luật cơ bản về tương tác từ, nó cho phép ta xác ñịnh
bất kì lực tương tác giữa hai mạch ñiện có dòng ñiện chạy qua dù có hình dạng bất
kì.
1.2.4 Bản chất dòng ñiện trong phân tử
Ta ñã biết rằng, trong nguyên tử, các electron chuyển ñộng quanh hạt nhân
theo các quỹ ñạo khác nhau. ðể giải thích nhiều hiện tượng ñiện từ, ta có thể coi
một cách gần ñúng rằng các electron chuyển ñộng quanh hạt nhân theo những quỹ
ñạo tròn hay elip. Chuyển ñộng của chúng tương ñương như những dòng ñiện kín
có mômen từ xác ñịnh.
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

8


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

+
-e

Hì

Giả sử rằng, electron chuyển ñộng quanh hạt nhân theo một quỹ ñạo tròn bán kính
r. Gọi v và f là vận tốc và tần số quay của hạt trên quỹ ñạo, ta có:
f =

v
2πr

Dòng ñiện do chuyển ñộng của electron sinh ra có chiều ngược với chiều quay của
hạt và có cường ñộ:
I = ef =

ev
2πr

r

Nếu gọi S= πr 2 là diện tích của dòng ñiện tròn thì mômen từ quỹ ñạo Pm ñặc trưng
cho tác dụng từ của mômen ñiện này là:
r
r ev
r
Pm = ISn =
.πr 2 .n
2πr

r
r
1
Pm = evr.n
2
r
Trong ñó n là vectơ pháp tuyến ñơn vị của mặt S.

Mặt khác, vì electron có khối lượng nên khi quay hạt nhân nó còn có mômen ñộng
r
lượng quỹ ñạo L

r r r
L = [r .mv ]
r
Véctơ L vuông góc với mặt phẳng quỹ ñạo của electron, có chiều sao cho chiều
r
r
quay của electron là chiều thuận xung quanh nó. Như vậy, hai véctơ L và Pm

ngược chiều nhau. Ta có thể viết:
r
r
L = −mvr.n

Lập tỉ số giữa Pm và L ta có:
γ =

Pm
1 e

=−
L
2m

Tỉ số γ ñược gọi là hệ số từ cơ ( hay hệ số từ hồi chuyển) của electron. Công thức
này ñúng cho cả quỹ ñạo elip, trong ñó tỷ số

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

e
chính là ñiện tích riêng của
m

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

9


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

electron có giá trị 1,76.1011 C / kg . Dấu trừ do electron mang ñiện tích âm và cho
r
r
biết hai véctơ Pm và L ngược chiều nhau.
Theo cơ học lượng tử, electron trong nguyên tử chỉ chuyển ñộng theo những quỹ
ñạo dừng nhất ñịnh với mômen ñộng lượng bằng:
Ln = n

h
= nh
2π

Trong ñó n là những số nguyên (1,2,3…) còn h = 6,625.10 −34 J.s hằng số Planck.
Như vậy, mômen từ nguyên tử chỉ có thể bằng một bội số nguyên lần mômen từ
nguyên tố.
Pm = γL = nγh với n=1, ta có:
Pm =

e h 1,6.10 −19.6,625.10 −34
.
=
= 0,927.10 − 23 J / T
− 34
2m 2π
2.9,1.10 .2π

Giá trị này gọi là manhêtô Bo, kí hiệu µ B
µB =

eh
= 0,927.10 − 23 J / T .
2m

Manhêtô Bo là mômen từ nguyên tố ứng với chuyển ñộng của electron theo
quỹ ñạo gần hạt nhân nhất của nguyên tử ñơn giản nhất là hyñrô.
Thực nghiệm và lý thuyết chứng tỏ rằng ngoài mômen từ quỹ ñạo và
r

mômen ñộng lượng quỹ ñạo, electron còn có mômen từ riêng Pms và mômen ñộng
r

lượng riêng Ls (gọi là Spin của electron). Theo cơ học lượng tử, tỉ số giữa Pms và
Ls, có giá trị:
γs =

Pms
e
= − = 2γ
Ls
m

Ngoài mômen từ của các electron, các hạt cấu thành hạt nhân nguyên tử là
protôn và nơtrôn cũng có mômen từ. Tuy nhiên giá trị của chúng rất nhỏ so với
mômen từ của các electron. Do ñó, khi xét mômen từ của một nguyên tử ta xem
như là mômen từ tổng cộng cả Z electron:
Z
r
r
r
Pm = ∑ ( Pmi + Pmsi )
i =1
r
Pm có thể ñặc trưng cho một dòng ñiện tròn khép kín. ðó chính là dòng ñiện phân

tử theo giả thuyết của Ampe.
1.3 Phát minh quan trọng
ðịnh lý Ampe.
Tác dụng của từ trường lên dòng ñiện.

Giả thuyết về dòng ñiện phân tử.
1.4 Giá trị khoa học của các phát minh
Ampe là một trong những người xây dựng cơ sở và ñã ñóng góp nhiều cho
ngành khoa học mới về các hiện tượng ñiện từ mà ông gọi tên là “ ñiện ñộng lực
học” tên gọi này sau ñó ñược chính thức công nhận.
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

10


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

Lí thuyết của Ampe chính là sự phát triển những tư tưởng nêu trong thông
báo ñầu tiên nhưng ñã ñược khẳng ñịnh bằng thực nghiệm. Ông ñã ñưa ra hai khái
niệm cơ bản của ñiện học là "hiệu ñiện thế" (hồi ñó ông gọi là sức căng ñiện) và
"dòng ñiện" tuy chưa ñịnh nghĩa ñược thật rõ ràng. Chính Ampe ñã ñịnh nghĩa
chiều của dòng ñiện là chiều dịch chuyển của ñiện tích dương và ñã nêu lên khái
niệm về mạch ñiện. Ông ñã phát hiện ra rằng hai dây dẫn ñiện ñặt song song và
trong ñó dòng ñiện chạy theo cùng một chiều sẽ hút nhau còn nếu như cho hai
dòng ñiện chạy trái chiều nhau thì hai dây sẽ ñẩy nhau. Từ ñó ông suy ra rằng
xung quanh dây ñiện có những "lực từ" phân bổ theo ñường vòng và ông ñã ñề
xướng lên cái gọi là "quy tắc Ampe" ñối với thí nghiệm Ơcxtec: "Nếu giả thiết
một người nằm dọc theo chiều của dây dẫn ñể cho dòng ñiện chạy theo phương từ
chân lên ñầu và quay mặt cho kim nam châm thì ñầu Bắc của kim nam châm sẽ
lệch về phía trái của người ñó...".

Như vậy là Ampe ñã phát minh ra lực ñiện từ. Sau ñó trong nhiều năm ông
kiên trì suy nghĩ về sự tương ñương của một dòng ñiện tròn và một nam châm
phẳng nhỏ (lá từ) và ñã bắt ñầu xây dựng quan niệm về nam châm như là một tập
hợp những dòng ñiện ñặt trên những mặt phẳng vuông góc với ñường nối liền hai
cực của nam châm". Từ ñó ông ñi ñến kết luận rằng một cuộn dây hình xoắn ruột
già có dòng ñiện chạy qua tương ñương với một nam châm. Do ñó ông ñã khẳng
ñịnh rằng trong thiên nhiên không có "chất từ" và ta có thể quy mọi hiện tượng từ
về các tương tác ñiện ñộng lực học. Nhưng lúc ñầu ông lại cho rằng trong các nam
châm có các dòng ñiện giống như dòng ñiện thông thường (dòng ñiện vĩ mô) sau
ñó ông ñã hoàn chỉnh lại ý kiến ñó và nêu lên giả thuyết về các dòng ñiện phân tử.
Ông ñã kết luận rằng tương tác giữa các nam châm là tương tác giữa các dòng ñiện
ñó. Các kết luận ñó ñược sắp xếp lại thành nội dung cơ bản của "giả thuyết
Ampe".
Ampe cũng là một nhà thực nghiệm tài ba. Ông ñã thiết kế và tự chế tạo lấy
nhiều thiết bị phục vụ cho thí nghiệm của mình. Những thiết bị thí nghiệm này ñã
trở thành nền tảng của những dụng cụ ño ñiện (ampe kế, vôn kế, ôm kế...). Ông
còn là cha ñẻ của nam châm ñiện xuyến từ....
Ampe có nhiều công lao ñối với ñiện học như Niutơn ñối với cơ học. Các
nhà bác học cùng thời trong ñó có Maxwell khâm phục tài năng của Ampe và trìu
mến gọi ông là "Niu tơn của ñiện học".
1.5 Những ñức tính quý báu
Là nhà bác học lớn nhất của thế giới, là cha ñẻ của chuyên ngành vật lý.
ðam mê ñọc sách, là một nhà thực nghiệm tài ba.
Say mê nhiều lĩnh vực khoa học : vật lý, toán học,hóa học, thiên văn học…
Ông sống rất giản dị, tất cả tiền bạc ñều dành cho việc nghiên cứu khoa học.

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

11


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

2 CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB
2.1 Cuộc ñời và sự nghiệp

Hình 2.1: Coulomb(1738-1806)

Charles Augustin de Coulomb sinh ngày 14 tháng 7 năm 1738, là một nhà
vật lí người Pháp. Coulomb là một học sinh cần cù và thông minh, tốt nghiệp xuất
sắc trường trung học và trường ñại học, rồi trở thành sĩ quan công binh trong quân
ñội Pháp. Ông chọn ngành kỹ sư quân sự tại ñồn Bourbon, và ñã phục vụ 3 năm
ñến khi phải giải ngũ vì lý do sức khoẻ. Khi ra khỏi cuộc sống quân ngũ, ông ñi
làm ở La Rochelle.
Năm 1773, Coulomb xây dựng thành công những cơ sở lý thuyết về sức
bền vật liệu.
Năm 1779, ông công bố những công trình về nguyên lý các máy ñơn giản
và các ñịnh luật ma sát. Ông phát hành một quyển sách quan trọng nói về quy luật
ma sát với ñề tựa là "Théorie des machines simples, en ayant égard au frottement
de leurs parties et à la roideur des cordages". Và 20 năm sau những ghi chép về
tính kết dính ñã ñược viết dựa trên những quy luật này.
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

12


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

Năm 1781, ông là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Paris.
Năm 1784, Coulomb hoàn thành những công trình nghiên cứu xuất sắc về
sự xoắn ñàn hồi của những sợi dây nhỏ, và phát minh ra ñịnh luật về lực xoắn mà
dựa vào ñó, ông chế tạo ra dụng cụ ñể ño các lực nhỏ, gọi là cái "cân xoắn". Ông
có ñăng trong cuốn Hàn Lâm Viện Khoa Học (số 229-269) một nghiên cứu về "Lý
thuyết và khảo nghiệm sự ñàn hồi biến dạng của kim loại" (Recherches théoriques
et expérimentales sur la force de torsion et sur l'élasticité des fils de metal). Những
bài viết này miêu tả những hình thái khác nhau của chiếc cân xoắn Coulomb. Ông
ñã rất thành công trong việc dùng dụng cụ ño lường quan sát về sự phân bố ñiện
tích trên mặt vật thể, qui luật về ñiện năng, từ trường và những lý thuyết toán học
mà ông ñược coi là cha ñẻ của chúng.
Trong năm 1785 Coulomb ñã ñưa ra 3 trình án về ðiện Năng và Từ
Trường:
+ Premier Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme (Hàn Lâm Viện
Khoa Học, số 569-577). Trong ñây ông diễn giải cách: "Làm thế nào ñể tạo ra và
sử dụng 1 chiếc cân xoắn dựa trên ñặc tính của sợi dây kim loại có lực xoắn ñàn
hồi tỉ lệ với góc quay". Ông cũng cho ra quy luật giải thích về "Ảnh hưởng hỗ trợ
của hai dòng ñiện cùng loại".
+ Sécond Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme (Hàn Lâm Viện
Khoa Học, số 578-611). Trong ñây ông nói về "Cách áp dụng quy luật về ñiện
năng và từ trường thuận nghịch (hút và ñẩy).
+ Troisième Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme (Hàn Lâm Viện

Khoa Học số 612-638) nói về "ðiện năng hao hụt theo thời gian vì ảnh hưởng của
không khí ẩm hay vì tính chất ít dẫn ñiện".
Năm 48 tuổi, Coulomb bắt ñầu nghiên cứu các lực ñiện và lực từ, những
nghiên cứu này ñã làm cho tên tuổi của ông trở thành bất tử.
Trong những năm 1785 - 1788, ông công bố những kết quả ñầu tiên về
phép ño lực ñẩy và lực hút giữa các ñiện tích bằng cân xoắn. Tiếp tục thí nghiệm
tương tự với các cực từ, cuối cùng ông ñã phát biểu thành các ñịnh luật về sau
ñược mang tên ông. Coulomb cũng nghiên cứu về trường từ, cách chế tạo kim
nam châm, cách khử từ, và ñã khám phá ra sự phân bố ñiện tích ở mặt ngoài vật
dẫn, biết hiệu ứng màn tĩnh ñiện, ñề ra khái niệm mômen từ, ñồng thời xây dựng
lý thuyết về hiện tượng phân cực ñiện môi. Những nghiên cứu của ông ñã giúp xác
lập ñược phương pháp ño các ñiện tích và từ tính. Nhờ ñó, từ ñây, có thể xây dựng
lý thuyết toán học về các hiện tượng ñiện từ.
Coulomb mất năm 1806. ðể ghi nhớ công lao của ông, người ta ñã dùng tên
ông ñể ñặt cho ñơn vị ñiện tích.
2.2 Kiến thức vật lý có liên quan
2.2.1 Lực tĩnh ñiện tổng quát
ðể tính lực tĩnh ñiện giữa hai vật mang ñiện tích, có thể chia các vật ra
thành nhiều vật nhỏ hơn. Nếu phép chia tiến ñến một giới hạn nào ñó, vật nhỏ
mang ñiện sẽ trở thành các ñiện tích. Khi ñó có thể áp dụng nguyên lý chồng chất
cho lực tĩnh ñiện (hay còn gọi là nguyên lý tác dụng ñộc lập).
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

13

Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

Lực tĩnh ñiện do N ñiện tích ñiểm gây ra bằng tổng vectơ của lực tĩnh ñiện
do từng ñiện tích ñiểm gây ra.
Có thể ñịnh nghĩa môi trường xung quanh một vật mang ñiện là ñiện
trường. Khi một vật khác nằm trong môi trường này, lực tĩnh ñiện vật ñó sẽ chịu
là: F = q E.
với q là ñiện tích của vật ñó và E là cường ñộ ñiện trường của ñiện trường.
2.2.2 ðịnh luật Coulomb trong chân không
Giả sử có hai ñiện tích q1, q2 ñặt cách nhau một khoảng r trong chân không.
ðịnh luật Coulomb phát biểu như sau:“ Lực tương tác tĩnh ñiện giữa hai 2 ñiện
tích ñiểm có phương nằm trên ñường thẳng nối liền hai ñiện tích, có chiều hướng
xa nhau nếu hai ñiện tích cùng dấu, và hướng về nhau nếu 2 ñiện tích trái dấu, có
ñộ lớn tỷ lệ thuận với ñộ lớn hai ñiện tích, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng
cách giữa chúng”.
F=k

q1 q 2
r2

q

q
q

q
q

q

Hình
Ta có thể biểu diễn ñịnh luật
Coulomb dưới dạng vectơ. Gọiv q1, q2 là
giá trị ñại số của 2 ñiện tích F12 là lực
của ñiện tích q1 tác dụng lên ñiện tích
r
v
q2 ñặt tại q2, F12 là lực do ñiện tích q2 tác dụng lên ñiện tích q1 ñặt tại q1, r12 là bán
v
kính vectơ có hướng từ ñiện tích q1 ñến ñiện tích q2 , r12 là bán kính vectơ có
hướng từ ñiện tích q2 ñến ñiện tích q1. Khi ấy, ta có :

r
r
qq r
F12 = k 1 2 2 12
r
r
r
v
qq r
F12 = k 1 2 2 21
r
r
r
r
Nên F12 = − F21

với

r12 = r21 = r
r
r
r12 = r21

Lưu ý :

r

r

Nếu q1.q2 > 0 (q1, q2 cùng dấu), F12 và F21 hướng xa nhau.
r
r
Nếu q1.q2 < 0 (q1, q2 trái dấu), F12 và F21 hướng về nhau.
Trong hệ SI : ðơn vị của ñiện tích là Coulomb (C).
K=

1
4πε 0

= 9.10 9 ( Nm 2 / C 2 ) (trong chân không): hệ số tỉ lệ.

ε 0 = 8.86.10 −12 (C 2 / Nm 2 ) : hằng số ñiện.

r
q1 q 2 r12
4πε 0 r 2 r
Vậy :

r
v
1 q1 q 2 r21
F12 =
4πε 0 r 2 r
r
F12 =

1

SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

14


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

2.2.3 ðịnh luật Coulomb trong các môi trường
Thực nghiệm còn chứng tỏ rằng lực tương tác trong môi trường giảm ñi ε
lần, lực tương tác trong chân không.
r
r
F12 = − F21 =

r

q1 q 2 r12
4πε 0 r 2 r
1

ε : hằng số ñiện môi.
Nếu một hệ ñiện tích ñiểm q1, q2,…, qn và một ñiện tích thử q0 thì tổng hợp lực tác
r
v r r
dụng của hệ lên q0 là F = F1 + F2 + ... + Fn

Chất
ε
Chân không
1
Không khí
1,0006
Êbônít
2,7->2,9
Thuỷ tinh
5->10
Rượu etylic
27
Nước
81
BaTiO3
ε > 1000
Bảng hằng số ñiện môi một số chất.
2.3 Phát minh quan trọng :Cân xoắn Coulomb
2.3.1 Lịch sử
Năm 1785, Cu-lông, nhà bác học người Pháp, lần ñầu tiên thiết lập ñược

ñịnh luật về sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các ñiện tích ñiểm (gọi tắt là lực
ñiện hay lực Cu-lông) vào khoảng cách giữa chúng.
Ông dùng một chiếc cân xoắn ñể ño lực ñẩy giữa hai quả cầu nhỏ ñiện tích
cùng dấu. Hai quả cầu này ñược coi là những ñiện tích ñiểm.
2.3.2 Cấu tạo
A là một quả cầu kim loại cố ñịnh gắn ở ñầu một thanh thẳng ñứng.
B là quả cầu kim loại linh ñộng gắn ở ñầu một thanh nằm ngang. ðầu kia của
thanh có một quả ñối trọng.
A và B ñược tích ñiện cùng dấu. Thanh nằm ngang ñược treo bằng một sợi dây
mảnh có tính ñàn hồi chống lại sự xoắn.
2.3.3 Nguyên tắc hoạt ñộng
Cân xoắn hoạt ñộng bằng cách cô lập ñiện tích (sử dụng chất cách ñiện) và
chuyển lực tương tác thành mômen xoắn ñể việc tính toán dễ dàng và chính xác.
Cân xoắn của ông có 2 quả cầu nhỏ ñược tích ñiện, một quả cố ñịnh gắn ở ñầu một
thanh thẳng ñứng, quả kia linh ñộng gắn ở ñầu một thanh nằm ngang. Thanh này
ñược gắn với một sợi dây mảnh bằng bạc gắn với thước ño ñộ xoắn. Sự sắp xếp
này giúp lực tương tác ñiện ñược xác ñịnh bằng cách chuyển lực thành mômen
xoắn. Trong khi những người ñi truớc Coulomb mới chỉ phát triển ñuợc những
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

15


Tên ñề tài: Các nhà bác học vật lý gắn với những phát minh về ñiện

dụng cụ có thể chỉ ra ñựơc sự có mặt của ñiện tích thì cân xoắn của Coulomb ñã
có thể tính toán ñược số lượng ñiện tích.

Hình 2.3: Cân xoắn Coulomb

Khi hai quả cầu ñẩy nhau, thanh ngang sẽ quay cho ñến khi tác dụng của
lực ñẩy tĩnh ñiện cân bằng với tác dụng của lực ñàn hồi của dây treo. Biết góc
quay và chiều dài của thanh ngang, ta sẽ tính ñược lực ñẩy tĩnh ñiện giữa hai quả
cầu A và quả cầu B.
ðể nghiên cứu sự phụ thuộc của lực tương tác giữa hai quả cầu A và B
trong cân xoắn Cu-lông vào ñộ lớn của ñiện tích, ta có thể giữ nguyên ñiện tích
của quả cầu B và cho quả cầu A tiếp xúc với một quả cầu kim loại C, giống hệt nó
nhưng trung hoà về ñiện. Vì lý do ñối xứng, ñiện tích của quả cầu A sẽ bị chia làm
ñôi. Cứ như vậy, ta có thể tiếp tục làm cho ñiện tích của quả cầu A bằng 1/4, 1/8,
1/16,… ñiện tích ban ñầu. Ta sẽ thấy ñộ lớn của lực tác dụng giữa hai quả cầu A
SVTH: Phạm Nguyễn Trúc Ngân
Tín

Trang

GVHD : ThS. Dương Quốc Chánh

16