Phan tich chuong Tu truong

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (956.17 KB, 42 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

MỞ ĐẦU...1

NỘI DUNG...2

A – TỔNG QUAN...2

I. Cấu trúc phần Điện học...2

II. Nhiệm vụ và cấu trúc chương Từ trường...2

1. Nhiệm vụ...2

2. Cấu trúc...2

B – PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG...3

1. TỪ TRƯỜNG...3

1.1 Tương tác từ...3

1.2 Từ trường...5

1.3. Đường sức từ...6

1.3.1. Định nghĩa đường sức từ...6

1.3.2 Tính chất của đường sức từ...6

1.4 Khái niệm từ phổ...7

1.5 Rèn luyện kỹ năng...8

2. CẢM ỨNG TỪ...8

2.1 Định luật Bi-ô - Sa-va - La-pla-xơ...8

2.2. Từ trường của điện tích chuyển động. Tính tương đối của điện trường và từ trường
2.3 Cảm ứng từ của những dòng điện trong mạch có hình dạng đơn giản 9
2.3.1 Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng...11

2.3.2 Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn tròn...13

2.3.3 Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây dẫn thẳng...15

2.4 Từ trường đều...16

2.5 Nguyên lý chồng chất từ...17

2.6 Rèn luyện kỹ năng...17

3. LỰC TỪ...18

Kiến thức:...18

3.1 Lực từ...18

F = I.B.l.sin a (2.7.2)...19

3.2 Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song...19

3.2.1 Đặc điểm...19

3.2.2. Định nghĩa đơn vị Ampe...19

3.3 Lực Lo-ren-xơ...20

3.4 Rèn luyện kỹ năng...23

3.4.1 Bài toán xác định các lực tác dụng lên đoạn dây điện thẳng đặt trong từ trường
và đặc điểm chuyển động của nó...23

3.4.2. Bài tốn điện tích chuyển động trong từ trường đều...23

4. MOMEN NGẪU LỰC TỪ...26

4.1. Trường hợp mặt phẳng khung dây vng góc với đường cảm ứng từ...26

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

5.1.1. Chất thuận từ...29

5.1.2. Chất nghịch từ...29

5.1.3. Chất sắt từ...29

5.2. Hiện tượng từ trễ...30

5.3 Chất siêu dẫn và khái niệm hiệu ứng nghịch từ lí tưởng...32

6. TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT...32

6.1 Khái niệm các cực từ của Trái Đất...32

6.2 Khái niệm độ từ thiên...33

6.3. Khái niệm độ từ khuynh...33

6.4 Khái niệm hiện tượng bão từ...34

7. ỨNG DỤNG...35

7.1 Điện kế khung quay...35

7.1.1 Cấu tạo chỉ của điện kế khung quay...35

7.1.2 Nguyên tắc hoạt động điện kế khung quay...35

7.2. Động cơ điện một chiều...36

7.2.1. Cấu tạo...36

7.2.2. Nguyên tắc hoạt động...36

7.3. Loa điện...37

7.4. Đèn hình CRT...37

7.5. Máy gia tốc Xiclotron...38

7.5.1 Cấu tạo...38

7.5.2 Nguyên tắc hoạt động...38

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, chương trình và sách giáo khoa phổ thông đã
được biên soạn lại và đưa vào sử dụng đại trà nhằm nâng cao chất lượng dạy học ở
cấp phổ thông. Sách giáo khoa đưa vào nhiều kiến thức mới. Vì vậy, việc nghiên
cứu chương trình Vật lí phổ thơng là rất cần thiết.

Từ trường là một phần trong Điện từ học, nghiên cứu từ trường về phương
diện tác dụng lực. Cụ thể, chương này trình bày những vấn đề lực từ tác dụng lên
một đoạn dòng điện thẳng, từ trường tác dụng lên một hạt mang diện chuyển động,
qui tắc xác định chiều của lực từ, từ trường của dòng điện thẳng, dòng điện tròn.

Nhằm hiểu sâu hơn nội dung kiến thức của phần từ trường và nắm vững cách
hình thành các đơn vị kiến thức đó trong sách giáo khoa hiện nay dự trên chuẩn kiến
thức chuẩn kỉ năng, đồng thời làm tư liệu cho việc giảng dạy sau này, trong tiểu luận
này tôi đi sâu nghiên cứu các vấn đề sau:

 Nghiên cứu các khái niệm, định luật, nguyên lý, ứng dụng từ trường trong kỷ thuật.

 Trình bày các kiến thức đó theo hiểu biết của mình.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

NỘI DUNG

A – TỔNG QUAN

I. Cấu trúc phần Điện học

Điện từ học là một phần của vật lý nghiên cứu các hiện tượng và quá trình
vật lý liên quan đến sự tồn tại, chuyển động và tương tác của các hạt (hoặc các vật)
mang điện.

Phần Từ trường cùng với các phần Cảm ứng điện từ, Dòng điện trong các mơi trường,
Điện tích và điện trường, Dịng điện khơng đổi được trình bày trong chương trình Vật lý
11.

II. Nhiệm vụ và cấu trúc chương Từ trường

1. Nhiệm vụ

Từ trường là một phần trong Điện từ học, nghiên cứu từ trường về phương diện tác
dụng lực. Cụ thể, chương này trình bày những vấn đề lực từ tác dụng lên một đoạn dòng
điện thẳng, từ trường tác dụng lên một hạt mang diện chuyển động, qui tắc xác định chiều
của lực từ, từ trường của dòng điện thẳng, dòng điện tròn.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

B – PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG

1. TỪ TRƯỜNG

Kiến thức:

- Nêu được từ trường tồn tại ở đâu, có tính chất gì.

- Nêu được các đặc điểm của đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của nam
châm chữ U, của dịng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua.

1.1 Tương tác từ

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Năm 1600, nhà bác học Gin-bơt (William Gillbert, 1540 – 1603) đã

trình bày những cơ sở ban đầu của điện học và từ học đầu tiên. Gin-bơt đã

chế tạo một nam châm mà ông gọi là “terralla” và nghiên cứu tác dụng của

một kim nam châm với “terralla”. Ông thấy rằng có sự tác dụng từ giữa

chúng. Gin-bớt cũng nghiên cứu các hiện tượng điện một cách có hệ thống.

Khi khảo sát các hiện tượng điện và từ, ông đã đi đến kết luận rằng chúng

hết sức khác nhau và khơng có gì liên quan với nhau. Như vậy, Gin-bơt đã

thấy tương tác điện và tương tác từ là hai loại tương tác khác nhau, song

ông chưa thấy mối quan hệ giữa các hiện tượng điện và từ.

1820, nhà vật lý người Đan Mạch Ơ-xtét (Han Christian Oersted,

1777-1851) phát hiện dòng điện và nam châm có tương tác với nhau. Ông

thấy rằng nếu đặt một dây dẫn ở cạnh một kim nam châm rồi cho dịng

diện chạy qua dây dẫn thì kim nam châm sẽ quay lệch đi. Khi đổi chiều

dòng điện chạy qua, kim nam châm lệch theo chiều ngược lại.

Như vậy, thực nghiệm cho thấy có sự tương tác giữa dịng điện với

nam châm, giữa hai dòng điện với nhau, giữa các nam châm, các tương tác

đó gọi chung là tương tác từ

.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Chính xác hơn, tương tác từ xuất hiện khi các điện tích chuyển động

và phụ thuộc vào tính chất của chuyển động đó. Giữa các dịng điện có

tương tác từ vì dịng điện là các dịng điện tích chuyển động. Giữa nam

châm với dịng điện có tương tác từ vì trong nam châm cũng có những

dịng điện mà Am- pe gọi là dòng điện nguyên tố. Ngày nay, dòng điện

phân tử được hiểu là dòng điện do vận động nội tại của các hạt mang điện

trong nguyên tử và hạt nhân gây ra. Bản chất và quy luật của vận động nội

tại này chỉ có thể được làm rõ trong khn khổ cơ học lượng tử.

Cũng cần nói thêm rằng, mặc dù tương tác điện và tương tác từ là hai loại

tương tác nhưng sau này Mắc-xoen (James Clerk Maxell, 1831 - 1879) đã

thống nhất được hai loại tương tác này và gọi chung là tương tác điện từ.

Lực tương tác từ là một phần của lực tương tác điện từ giữa các hạt tích

điện chuyển động.

1.2 Từ trường

Khi xét tương tác từ,

người ta quan tâm

tại sao hai dây dẫn mang dịng

điện khơng chạm với nhau mà lại có thể tương tác với nhau? Khơng gian

quanh một dịng điện có gì biến đổi khơng?

Theo quan điểm tương tác xa, dịng điện I1 sẵn có những khả năng tác

dụng lên dịng I2 ở xa nó, khơng cần truyền tương tác. Khi dòng điện I2 xuất

hiện, dù ở xa thì dịng điện I1 ngay lập tức tác dụng lên dịng I2. Khơng gian

xung quanh khơng có sự biến đổi và khơng tham gia vào q trình tương tác.

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

chất cơ bản của từ trường là có tác dụng từ lên hạt mang điện khác chuyển

động trong nó.

Từ trường khơng phải chỉ là một khái niệm trừu tượng dùng để mô

tả tương tác từ mà là một thực thể vật lý tồn tại khách quan giống như điện

trường. Điện tích đứng yên là nguồn gốc của điện trường tĩnh. Các điện

tích chuyển động vừa là nguồn gốc của điện trường vừa là nguồn gốc của từ

trường.

Nghiên cứu từ phổ của từ trường các dòng điện, người ta nhận thấy

các đường cảm ứng từ là những đường cong khép khép kín. Mà một từ

trường có các đường sức khép kín gọi là một trường xốy. Do đó, từ trường

là một trường xốy hay có tính chất xốy và đây là điểm khác nhau cơ bản

giữa điện trường và từ trường. Như ta đã biết, các đường sức điện trường

tĩnh đi ra từ các hạt mang điện dương và đi vào các hạt mang điện âm,

chúng là các đường cong hở. Vì vậy, điện trường tĩnh khơng phải là một

trường xốy. Trái lại các đường cảm ứng từ là những đường cong kín,

chúng khơng có điểm xuất phát cũng khơng có điểm tận cùng. Từ đó, người

ta đã cho rằng trong tự nhiên không tồn tại các "từ tích". Bởi vì nếu như có

các hạt mang từ tích là nguồn gốc sinh ra từ trường (giống như các hạt

mang điện tích đứng yên là nguồn gốc sinh ra điện trường tĩnh ) thì các

đường cảm ứng từ cũng sẽ phải xuất phát từ các loại hạt mang từ tích dương

(quy ước là "từ tích dương" chẳng hạn) và tận cùng trên các hạt mang từ

tích âm và như vậy phải là những đường cong hở. Và như vậy sẽ tồn tại

những nam châm đơn cực từ, song cho đến nay chưa phát hiện và chế tạo

được các nam châm đơn cực từ và giả thuyết về "từ tích" đã bị bác bỏ.

1.3.

Đường sức từ

1.3.1. Định nghĩa đường sức từ

Tương tự như đường sức điện, để mô tả từ trường một cách trực quan,

người ta dùng khái niệm đường sức từ. Đó là một mơ hình biểu diễn từ

trường bằng hình học.

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Thực nghiệm cho thấy các nam châm thử

định hướng theo các đường sức. Sự sắp xếp

nhiều nam châm thử trong từ trường (chẳng hạn

từ trường một nam châm thẳng) cho ta hình dung

về đường sức từ của từ trường đó. Chiều đường

sức từ là chiều đi từ cực Nam sang cực Bắc của

nam châm thử nằm cân bằng trong từ trường.

1.3.2 Tính chất của đường sức từ

Đường sức từ có các tính chất sau:

- Tại mỗi điểm trong từ trường, có thể vẽ được một đường sức từ đi

qua và chỉ một mà thôi;

- Các đường sức từ là những đường cong kín. Trong trường hợp từ

trường nam châm, ở ngoài nam châm các đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi

vào ở cực Nam của nam châm;

- Các đường sức từ không cắt nhau;

- Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn

(dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa

hơn.

Tính chất từ thứ nhất có thể suy ra từ định nghĩa của đường sức từ.

Bất kì điểm nào trong từ trường cũng có cảm ứng từ, vì vậy đều có thể vẽ

được đường cong nhận nó làm tiếp tuyến.

Tính chất thứ hai của đường sức từ là sự thể hiện tính chất xốy của từ

trường.

Tính chất thứ ba nhằm đảm bảo tính duy nhất của cảm ứng từ tại mỗi

điểm. Thật vậy, giả sử tại một điểm có hai đường sức cắt nhau thì ở điểm đó

phải có hai tiếp tuyến, do đó có hai vec tơ cảm ứng từ tại điểm đó điều này

mâu thuẫn với cảm ứng từ là duy nhất, đặc trưng cho từ trường tại điểm đó.

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

1.4 Khái niệm từ phổ

Đường sức từ xác định như trên là dùng phương pháp toán học thuần túy.
Trong thực tế, để xác định đường sức từ người ta dùng phương pháp thực nghiệm.

Dùng mạt sắt rắc đều lên một tấm mica đặt trên nam châm, gõ nhẹ tấm
mica ta thấy các mạt sắt sắp xếp một cách có trật tự tạo thành các đường cong.
Hình ảnh các "đường mạt sắt" thu được trong từ trường nam châm gọi là từ phổ
của nam châm. Vậy, sự sắp xếp của mạt sắt cho ta hình ảnh của đường sức từ

trong khơng gian. Hình ảnh đó gọi là từ phổ.

Dưới đây là hình ảnh của đường sức từ của nam châm thẳng và nam châm
hình móng ngựa (cịn gọi là nam châm chữ U).

1.5 Rèn luyện kỹ năng

Kỹ năng:

- Vẽ được các đường sức từ biểu diễn từ trường của thanh nam châm thẳng,
của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dịng điện chạy qua và của từ trường đều.

2. CẢM ỨNG TỪ

Kiến thức:

- Phát biểu được định nghĩa và nêu được phương, chiều của cảm ứng từ tại một
điểm của từ trường. Nêu được đơn vị đo cảm ứng từ.

- Viết được cơng thức tính cảm ứng từ tại một điểm của từ trường gây bởi dòng
điện thẳng dài vơ hạn, tại tâm của dịng điện trịn và tại một điểm trong lịng ống
dây có dịng điện chạy qua.

2.1 Định luật Bi-ơ - Sa-va - La-pla-xơ

Từ trường có đặc trưng là tác dụng lực từ lên hạt mang điện chuyển động
trong nó. Đại lượng vật lý đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực là cảm ứng
từ.

Cảm ứng từ là một đại lượng vec tơ, có vai trị tương tự như vec tơ cường
độ điện trường trong điện trường. Từ công thức định luật Am-pe về tương tác giữa

hai phần tử dòng điện:

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

khơng chứa phần tử

I



l



, do đó chỉ phụ thuộc vào phần tử dòng điện

I



l



tạo ra
từ trường và vào vị trí của điểm M tại đó ta đặt phần tử dịng điện .

Vec tơ

được định nghĩa là vectơ cảm ứng từ do phần tử dòng điện I l tạo ra tại M. Biểu

thức (2.4.1) là công thức định luật Bi-ô - Sa-va - La-pla-xơ. Nội dung định luật
phát biểu như sau:

Cảm ứng từ B



do một phần tử dòng điện tạo ra tại điểm M cách phần tử
dòng điện một khoảng r là một vectơ có:

- Gốc tại điểm M;

- Phương vng góc với mặt phẳng chứa phần tử dịng điện và điểm M;
- Chiều sao cho ba vectơ , r và  B theo thứ tự này hợp thành một tam

diện thuận;

- Độ lớn Bđược xác định bởi công thức :

I l.sinθ

B = k.

r



(q là góc giữa vec tơ và r). (2.4.2)

Đơn vị của cảm ứng từ là T (Tesla).

Thơng thường người ta nói "từ trường của..." thì ta ngầm hiểu đó chỉ là
cách gọi tắt, thực ra phải nói là "cảm ứng từ của...". Ngoài ra, "hướng của từ
trường" ta cũng hiểu là "hướng của vec tơ cảm ứng từ".

Sau khi định nghĩa cảm ứng từ, ta có thể viết lại lực tác dụng của phần tử
dòng điện lên phần tử dòng điện

I



l



như sau:

Biểu thức (2.4.3) cho thấy lực tác dụng lên phần tử tỉ lệ với cảm ứng từ do
phần từ dòng điện gây ra tại điểm đặt B



</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

2.2. Từ trường của điện tích chuyển động. Tính tương đối của điện

trường và từ trường

Cảm ứng từ do dòng điện gây ra đã được khảo sát ở các mục trước. Dòng
điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích, từ trường của dịng điện thực
chất là sự chồng chất từ trường do các điện tích chuyển động gây ra.

Xét từ trường do một phần tử dòng điện I l


gây ra, theo định luật Biô
-Sa-va - La-pla-xơ, cảm ứng từ tại điểm M cách I l



vec tơ r:
3

I l.r

B = k.

r



















với

k =

μ

4π

Mặt khác I l = S.Δl.i = S.Δl.n .e.v  0  , trong đó i là vec tơ mật độ dòng

điện, v là vận tốc chuyển động định hướng của các điện tích, S.Δl.n0 là số hạt
mang điện tự do có trong phần tử Δl.

Vì phần tử Δl rất bé so với r nên cảm ứng từ do các điện tích tự do này gây
ra tại M là như nhau. Từ đó, cảm ứng từ do một hạt mang điện gây ra tại M là:

v.r

B= k.e. .

r
 
 
 

(2.4.6)

Ở cơng thức (2.4.6), hướng của Bcịn
phụ thuộc vào dấu của điện tích e của hạt.
Kết quả này thu được từ việc khảo sát cảm
ứng từ của đoạn dây dẫn đứng n có dịng
điện chạy qua, do đó, vận tốc v ở đây là vận
tốc tương đối của hạt mang điện chuyển
động với người quan sát [4]. Vì vậy, có thể
thấy từ trường là một khái niệm mang tính
tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Giữa
khái niệm điện trường và từ trường cũng có
tính tương đối. Xung quanh một điện tích
xác định có thể là điện trường đối với hệ quy
chiếu này nhưng có thể là từ trường đối với

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

điện tích chuyển động lại là tương tác từ. Như vậy, nguồn gốc của tính tương đối
giữa điện trường và từ trường là do việc chọn các hệ quy chiếu gây nên.

Công thức (2.4.6) chỉ áp dụng đối với hạt mang điện chuyển động nhỏ so
với vận tốc ánh sáng. Trong trường hợp tổng quát, thuyết tương đối đã chứng
minh được tính tương đối của điện trường và từ trường. Cụ thể, trong hệ quy chiếu
K0 là hệ quy chiếu gắn với điện tích q, ta quan sát được điện trường E0



tại r0 là
0

0 3

qr

E = k

r





. Đối với hệ quy chiếu qn tính K, trong đó điện tích q chuyển động
với vận tốc v theo phương ox, quan sát được từ trường B, đồng thời cũng quan
sát được điện trường E . Các hệ thức liên hệ là [3]

0y 0z

x 0x y 2 z 2

2 2

E

E

E E = E ;E =

;E =

v

1-

1-c

c



















và

B

1

2

v.E

c













 

Trong trường hợp vận tốc v nhỏ so với vận tốc ánh sáng c, có thể viết gần đúng

0

E = E ,

1 B

v.E .

c











 



 

2.3 Cảm ứng từ của những dòng điện trong mạch có hình dạng đơn giản

Để tính cảm ứng từ của một dịng điện có hình dạng bất kỳ cần vận

dụng định luật Bi-ô – Sa-va - la-pla-xơ và nguyên lý chồng chất từ trường.

Theo (2.4.1), các phần tử dòng điện gây ra cảm ứng từ :

3
I l.r
B= k.
r
  
 

 

.

(2.6.1)

Cảm ứng từ toàn phần do cả dịng điện gây ra được tính bằng cách sử dụng nguyên
lý chồng chất từ trường

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

2.3.1 Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng

Xét một dây dẫn thẳng dài, có dịng điện cường độ I đi qua. Giả thiết dây
dẫn có tiết diện nhỏ và chiều dài vô hạn. Xác định cảm ứng từ gây bởi dây dẫn tại
điểm P cách dây dẫn một khoảng a.

Chia dòng điện thành các phần tử nhỏ chiều dài Δs (trong phép tính tích
phân thay bằng ds). Xét phần tử có tọa độ r, cảm ứng từ do nó gây ra tại P là

I

s.r

μ

B=

.

4π

r













 



Vectơ B



có độ lớn là 0 2

μ I. s.sinθ

B =

.

4π

r



,

phương vng góc với mặt

phẳng





s,r



 

,

có chiều xác định theo quy tắc vặn nút chai (hoặc tắc nắm tay
phải).

Mỗi phần tử dịng điện I s


có tọa độ r bất kỳ luôn gây ra cảm ứng từ tại
P cùng phương, chiều với nhau. Do đó phép cộng vec tơ được thay bằng phép
cộng đại số:

0 i i 0 i i

2 2

i i i i

μ I.sinθ .Δs

μ I

sinθ .Δs

B=ΔB=

.

=

4π

r

4π

r



(2.6.3)

trong đó, chỉ số i dùng để phân biệt các vị trí khác nhau trên dây dẫn.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

μ I.sinθ.ds

B= dB=

.

4π

r



Đổi biến số:

x =a.cotgθ; r =

a

sinθ

.
Từ đó:

ds= dx =-

a.dθ

2

sinθ

và





π
0 0
0

μ I

B =

.

-sinθ .dθ =

4πa



2πa

. (2.6.4)

Kết quả ở (2.6.4) thu được khi giả thiết dây dài vơ hạn nên cận tích phân lấy
từ 0 đến π. Trong trường hợp dây dài hữu hạn thì:





1 2

μ I

B =

cosθ - cosθ

4πa

. (2.6.5)

Vậy từ trường của dịng điện thẳng dài vơ hạn gây ra tại điểm P cách nó
một khoảng a có:

- Độ lớn

B=

μ I

= 2.10 .

-7

I

2πa

a

- Phương vng góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và điểm P,
- Chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải.

Trên thực tế, khơng có dịng điện thẳng dài vơ hạn mà dịng điện bao giờ
cũng khép kín và hữu hạn. Khái niệm dòng điện thẳng dài trên thực tế được vận
dụng để tính cảm ứng từ tại một điểm cách dây một khoảng rất nhỏ so với chiều
dài đoạn dây dẫn được khảo sát. Bằng thí nghiệm về từ phổ và sự định hướng của
các nam châm thử ta có thể xác định được hình dạng và chiều của các đường sức
từ của từ trường do dòng điện thẳng dài gây ra. Hình vẽ dưới đây cho thấy điều đó.

2.3.2 Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn tròn

Xét dòng điện có cường độ I, chạy trong dây dẫn mảnh hình trịn bán kính
R (gọi tắt là khung dây trịn). Ta xác định cảm ứng từ gây tại một điểm M trên trục
của khung dây tròn, cách tâm của vòng tròn một khoảng h.

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

tửI l . Cảm ứng từ do mỗi phần tử gây ra tại M có độ lớn

B=

μ I. l

.

2

4π r



, phương,

chiều biểu diễn như hình vẽ.

Ta có nhận xét cứ hai phần tử I l


đối xứng nhau qua tâm khung dây có độ
lớn bằng nhau. Cảm ứng từ tổng hợp của từng cặp phần tử đối xứng có phương
nằm trên trục đối xứng của khung. Vì vậy, cảm ứng từ tổng hợp của cả khung dây
tròn gây ra tại M cũng có phương như trên. Từ đó

n 2

μ .I

l.cosθ

B=

B

B.cosθ

.

4π

r











Vì các phần tử dịng điện cách cách điểm M khoảng r khơng đổi, góc θ giữa trục
khung dây và cảm ứng từ ΔB do các phần tử dòng điện gây ra tại M cũng như
nhau nên

0 0

2 2

μ .I cosθ

B=

.Δl=

.

.2πR.

4π

r



4π

r

(2.6.6)

Mặt khác

2 2

R + h

r ,

2 2

R

cosθ =

=

r

R + h

nên (2.6.6) được viết lại





2
0

3/2

2 2

μ .I

R

B=

.

2 R +h

(2.6.7)

Thay giá trị

-7
0

μ = 4π.10

vào (2.6.7)





2
-7

3/2
2 2

R

B = 2πI.10 .

.

R +h

(2.6.8)

Khi h = 0, tức là M nằm tại tâm khung dây, cảm ứng từ có độ lớn
-7

2π.10 .I

B=

R

.

(2.6.9)

Cơng thức (2.6.9) xác định cảm ứng từ tại tâm khung dây trịn.

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Để khảo sát hình dạng và sự phân bố của các đường sức từ, ta dùng thí
nghiệm tạo từ phổ và sự định hướng của nam châm thử. Dưới đây là hình ảnh các

đường sức từ và từ phổ của khung dây tròn. Các đường sức từ móc vịng qua
khung dây, đường sức từ qua tâm khung dây có dạng đường thẳng, đường sát
khung dây gần trịn.

2.3.3 Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây dẫn thẳng

Tiến hành tương tự như mục (2.6.1) và (2.6.2), chia ống dây thành từng
đoạn nhỏ, chiều dài Δl, mỗi đoạn nhỏ có ΔN khung dây trịn. Cảm ứng từ do mỗi
đoạn ống dây gây ra tại điểm M nằm trên trục ống dây, cách phần tử Δl một
khoảng l là





2
-7

3/2

2 2

R

ΔB = 2πI.10 .ΔN.

R +l

Sử dụng kết quả (2.6.10) sau đó lấy tổng trên toàn ống dây sẽ thu được độ lớn cảm
ứng từ tại điểm M trên trục ống dây thẳng





2 1

μ .I.n

B =

cosθ -cosθ

2

(2.6.11)

trong đó n là số vịng dây trên một đơn vị dài (mật độ dài).

Cơng thức (2.6.11) thể hiện cảm ứng từ phụ thuộc vào vị trí điểm M trong
ống dây. Nếu ống dây có kích thước bé so với chiều dài (gọi là ống dây dài), cảm
ứng từ tại trục ống dây là

B =μ .n.I = 4 .n.I



. (2.6.12)

Chiều của cảm ứng từ trong ống dây xác định theo quy tắc cái đinh ốc 2:
đặt đinh ốc dọc theo ống dây, xoay cái đinh ốc theo chiều dịng điện thì chiều tiến
của đinh ốc chỉ chiều cảm ứng từ trong ống dây.

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

Nếu ống ống dây không đủ dài hoặc mật độ dài n bé thì từ trường
trong ống dây gần đều. Hình vẽ dưới đây mơ tả hình dạng và sự phân bố các
đường sức từ xung quanh ống dây tròn.

2.4 Từ trường đều

Thật vậy, theo định nghĩa đường sức từ, nếu các đường sức từ không phải là
các đường thẳng song song thì cảm ứng từ

B



khơng thể cùng phương. Nếu các
đường sức từ không cách đều nhau thì độ lớn cảm ứng từ theo quy ước sẽ khác
nhau. Trong thực tế, các đường sức song song và cách đều nhau; đồng nghĩa,
vectơ cảm ứng điên từ tại mọi điểm đó như nhau. Vì vậy, khi đưa ra khái niệm
điện trường đều dựa trên hai cơ sở hoặc đường sức từ hoặc vectơ cảm ứng điện từ.

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

2.5 Nguyên lý chồng chất từ

Điện trường tuân theo nguyên lý chồng chất điện trường. Từ trường cũng
tuân theo nguyên lý chồng chất. Ngun lí này có nội dung như sau:

- Vectơ cảm ứng từ



B

do một dòng điện bất kỳ tạo ra tại một điểm M bằng
tổng các vectơ cảm ứng từ





B

do tất cả các phần tử nhỏ của dòng điện ấy tạo ra
tại điểm ấy

B







B



- Nếu từ trường do nhiều dịng điện tạo ra thì
1 2
1
....
n
n i

i

B B B

B


    



    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

Vận dụng công thức (2.4.1), (2.4.4) và (2.4.5) ta có thể xác định cảm ứng từ
của hệ dịng điện gây ra tại một điểm bất kì điểm trong khơng gian.

Ngun lí chồng chất trường là một nguyên lí phổ biến khi nghiên cứu các
trường lực. Thực chất ngun lí này là một hình thức khác của một nguyên lí đã
được thừa nhận rộng rãi trong cơ học Niu-tơn đó là ngun lí độc lập của các lực
tác dụng.

2.6 Rèn luyện kỹ năng

Kỹ năng:

- Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm
trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm của dòng điện tròn và tại một
điểm trong lịng ống dây có dịng điện chạy qua .

+ Bài toán xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại một điểm trong từ trường

Phương pháp:

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

- Áp dụng nguyên tắc cộng vectơ

3. LỰC TỪ

Kiến thức:

- Viết được cơng thức tính lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng
điện chạy qua đặt trong từ trường đều.

- Nêu được lực Lo-ren-xơ là gì và viết được cơng thức tính lực này.

3.1 Lực từ

Lực từ tác dụng lên một phần tử mạch điện đặt trong từ trường có

vectơ cảm ứng từ Bđược xác định bởi cơng thức
(2.7.1)

Đây là công thức Am-pe về lực tác dụng của từ trường lên dịng điện.Lực
có phương vng góc với B và , có chiều liên hệ với B và theo quy

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

tắc vặn nút chai : Quay cán vặn nút chai từ đếnB, vặn nút chai tiến theo chiều

của lực .

Ngoài ra quy tắc bàn tay trái cũng được dùng để xác định chiều : Đặt
bàn tay trái sao cho đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay, chiều dòng điện đi
từ cổ tay đến các ngón tay, thì chiều của ngón tay cái mở ra 900 là chiều của lực từ
tác dụng lên phần tử dịng điện.

Lực này có độ lớn :

ΔF

= I.B.

Δl

.sin a trong đó a là góc hợp bởi vectơ

Δl

và.

Trường hợp nếu đoạn dịng điện thẳng, chiều dài l, không đổi về hướng và
độ lớn, đặt trong từ trường đều B thì cơng thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dịng
điện I là :

F = I.B.l.sin a (2.7.2)

trong đó, a là góc hợp bởi B và chiều dịng điện.

Đây là cơng thức Am-pe về lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng đặt
trong từ trường đều.

3.2 Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song

3.2.1 Đặc điểm

Giả sử có hai dịng điện thẳng song song cách nhau một đoạn r và dị

ng điện cócường độ

I

,

I

thì lực tác dụng giữa chúng

. 7 1 2

10

2 I I

F



r



Hai dòng điện này hút nhau nếu chúng cùng chiều và đẩy nhau nếu

chúng ngược chiều

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

Nếu trong công thức (2.7.4) lấy I1 = I2=I, d=1m, F=2.10-7N, l=1m, thì I=1A.

Vậy, ampe là cường độ dòng điện của một dòng điện không đổi, khi chạy
qua hai dây dẫn thẳng, song song, dài vơ hạn, có tiết diện nhỏ khơng đáng kể, đặt
trong chân khơng cách nhau 1 m, thì gây trên mỗi mét của mỗi dây dẫn một lực là
2.10-7N.

3.3 Lực Lo-ren-xơ

Lực từ có tác dụng lên đoạn dây dẫn có dịng điện chạy qua. Mà dịng điện
chính là dịng chuyển dời có hướng của các điện tích tự do bên trong nó. Vậy các
điện tích tự do có chịu tác dụng của lực từ khơng? Nếu có thì phương của lực từ
này tính như thế nào?

Thực nghiệm đã chứng minh các điện tích chuyển động chịu tác dụng lực
của từ trường. Chẳng hạn, sử dụng thí nghiệm có sơ đồ như hình vẽ có thể chứng
minh được sự tồn tại lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động.

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

Khi cho dòng điện qua vòng dây Hem-hơn và sợi dây đốt ở bên trong bình
thủy tinh, trong bình xuất hiện một vịng trịn sáng màu xanh nằm trong mặt phẳng
vng góc với đường sức từ của vịng dây Hem-hơn. Hiện tượng được giải thích
như sau:

Do bị đốt nóng, sợi dây đốt phát xạ nhiệt các electron. Các electron này
chuyển động và va chạm với các phân tử khí trong bình. Khi va chạm, các electron
iơn hóa các phân tử khí và làm phát quang. Vậy vịng trịn sáng trong bình cho biết
quỹ đạo của electron trong từ trường. Electron không chuyển động thẳng mà
chuyển động tròn chứng tỏ từ trường tác dụng lực lên electron.

Biểu thức của lực này được nhà bác học Lo-ren-xơ (Lorentz) xác định từ
thực nghiệm nên được gọi là lực Lo-ren-xơ. Vậy, hạt mang điện chuyển động
trong từ trường chịu tác dụng của lực gọi là lực Lo-ren-xơ, xác định bởi công thức

.

f



q v B











 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 

Trong đó, q là điện tích của hạt,

v



là vận tốc của hạt, là cảm ứng từ.
Từ công thức lực Lo-ren-xơ, độ lớn của lực là

f = q v B sin a, (2.8.2)

với a là góc hợp bởi và .

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

dương (q> 0) và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Trong trường hợp q> 0
quy tắc này trùng với quy tắc bàn tay trái xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây
dẫn mang dòng điện. Và thực chất quy tắc này cũng có thể hiểu là quy tắc bàn tay
trái với chú ý chiều dòng điện theo quy ước là chiều chuyển động của điện tích
dương.

Có thể tìm được biểu thức của lực Lo-ren dựa vào công thức Am-pe.

Xét lực tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng dài l, có cường độ dịng điện I

chạy qua. Theo cơng thức Am-pe, lực này có biểu thức . Trong đó

với i là vec tơ mật độ dòng điện, S là tiết
diện vật dẫn, n0 là mật độ hạt mang điện tự do trong vật dẫn, v



là vận tốc của
chuyển động của các hạt mang điện tích dương (nếu hạt mang điện tích âm thì
hướng ngược lại), q là điện tích của hạt.

Lực tác dụng viết lại , với S.

Δl

= V là thể tích đoạn

dây dẫn. Mặt khác, N= S.

Δl

.n0 là số hạt mang điện tự dòng điện trong đoạn dây
dẫn đó. Vì đoạn dây dẫn ta xét rất nhỏ nên các hạt mang điện trong đoạn dây dẫn
là hồn tồn tương đương nhau. Từ đó, lực từ tác dụng lên một hạt mang điện có
điện tích q chuyển động với v trong từ trường có cảm ứng từ B là :

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

Lưu ý rằng, trên đây chỉ là mô hình để từ cơng thức Am-pe dẫn đến cơng
thức lực Lo-ren-xơ, còn lực Lo-ren-xơ áp dụng được với từng điện tích riêng lẻ
chuyển động trong từ trường. Ngay cả khi vật dẫn khơng có dịng điện thì những
hạt mang điện trong vật dẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn vẫn có lực Lo-ren-xơ tác
dụng lên chúng. Thế nhưng do chuyển động nhiệt không ưu tiên theo hướng nào
nên lực tác dụng lên từng điện tích riêng biệt cũng khơng có phương ưu tiên. Kết
quả là lực tác dụng tổng hợp lên vật dẫn cũng bằng không.

3.4 Rèn luyện kỹ năng

Kỹ năng:

- Xác định được vectơ lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dịng
điện chạy qua được đặt trong từ trường đều.

- Xác định được độ lớn, phương, chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một

điện tích q chuyển động với vận tốc vr trong mặt phẳng vng góc với các đường

sức từ của một từ trường đều.

3.4.1 Bài toán xác định các lực tác dụng lên đoạn dây điện thẳng đặt trong từ 
trường và đặc điểm chuyển động của nó

- Xác định lực từ Ftác dụng lên đoạn dây về cả phương chiều và độ lớn

như đã trình bày ở trên.

- Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây (trọng lực, lực ma sát,...)
- Áp dụng định luật II Newton và suy ra đại lượng cần tìm

3.4.2. Bài tốn điện tích chuyển động trong từ trường đều

Các ứng dụng của lực Lo-ren-xơ đều liên quan mật thiết đến bài tốn
chuyển động của điện tích trong từ trường. Vì vậy, việc giải bài tốn này sẽ làm
sáng tỏ nguyên tắc các ứng dụng của lực Lo-ren-xơ.

</div>
(26)<div class='page_container' data-page=26>

tốc khơng đổi trong q trình hạt chuyển động. Như vậy có thể thấy điện chuyển
động trong từ trường đều thì chỉ bị thay đổi hướng của vận tốc mà không tăng tốc
hạt, điều này khác với điện tích chuyển động trong điện trường đều thì có thể tăng
tốc.

a. Trường hợp vận tốc vuông góc với

Lực Lo-ren-xơ có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn F = qBv. Vì lực
Lo-ren-xơ vng góc với phương chuyển động nên nó

đóng vai trị lực hướng tâm. Dưới tác dụng của lực đó hạt
chuyển động trịn đều theo một đường trịn bán kính r, và
phương trình (2.8.3) có dạng:

qvB
r

mv2

 (2.8.4)

Từ đó, bán kính r của quỹ đạo chuyển động của hạt

m
qB

v
qB
vm
r 

(2.8.5)

Biểu thức (2.8.5) cho thấy bán kính quỹ đạo phụ thuộc vào vận tốc v của
hạt mang điện, vào độ lớn cảm ứng từ B và tỉ số mq (gọi là điện tích riêng của
hạt).

Chu kì T của chuyển động của hạt

2πr 2π 1

T = = .

v B

(2.8.6)
Tốc độ góc của hạt

B
m

q
T
2π

ω  (2.8.7)

</div>
(27)<div class='page_container' data-page=27>

Chu kì T và tần số xiclơtrơn w của hạt chỉ phụ thuộc vào

điện tích riêng mq và cảm ứng từ B, mà không phụ thuộc vào
vận tốc v.

Hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều có vận
tốc vng góc với B sẽ chuyển động tròn đều với các đặc

trưng chỉ ra ỏ (2.8.5), (2.8.6), (2.8.7).

b. Trường hợp vận tốc ban đầu hợp với cảm ứng từ một góc a bất kì

Có thể xem chuyển động của hạt gồm hai thành phần:

- Chuyển động trịn đều trong mặt phẳng vng góc với , với vận tốc
dài bằng vn=vsina, bán kính quỹ đạo r, chu kì T và tần số góc w xác định bằng các

cơng thức (2.8.5), (2.8.6), (2.8.7) trong đó thay v bởi vn.

- Chuyển động thẳng đều với vận tốc vt =vcosa dọc thep phương của .

Vì

vậy, quỹ

đạo của hạt

là

một

đường xoắn

ốc hình trụ,

F



v

n

v



F



n

v

t

v



B



l

</div>
(28)<div class='page_container' data-page=28>

có trục trùng với phương của vectơ cảm ứng từ . Bước của đường xoắn ốc

là :

B
1
.
m

q
vcosα
2

T
v

l t  

4. MOMEN NGẪU LỰC TỪ

4.1. Trường hợp mặt phẳng khung dây vng góc với đường cảm ứng từ

Hãy xét trường hợp đơn giản khung dây ABCD hình chữ nhật quay xung
quanh trục thẳng đứng OO’ đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây vng
góc với đường cảm ứng từ. Giả sử mặt phẳng khung dây nằm trong mặt phẳng
hình vẽ. Trong trường hợp này phương của các lực từ tác dụng lên các đoạn dòng
điện AB, BC, CD, DA đều nằm trong mặt phẳng hình vẽ.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái, hướng các lực từ đều hướng ra phía ngồi khung.
Đồng thời vì khung được đặt trong từ trường đều nên.

Nói tóm lại bốn lực tác dụng lên khung dây tạo thanh hai cặp cùng phương,
ngược chiều và cùng độ lớn; cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn. Vì vậy
các lực tác dụng lên khung khơng làm quay khung mà chỉ có tác dụng làm cho
khung dãn ra. Vị trí của khung dây mang dịng điện gọi là vị trí cân bằng bền.

</div>
(29)<div class='page_container' data-page=29>

trường hợp này các lực này có tác dụng làm cho khung co lại. Nếu khung hơi lệch
khỏi vị trí này thì khung khơng trở về vị trí đó mà trở về vị trí cân bằng bền.

</div>
(30)<div class='page_container' data-page=30>

hai lực tạo thành một ngẫu lực từ làm cho khung dây quay xung quanh trục OO'
(về vị trí cân bằng bền). Việc khảo sát trên ta rút ra nhận xét: khi khung dây mang
dòng điện đặt trong từ trường đều thì nói chung có ngẫu lực từ tác dụng lên khung.
Ngẫu lực này làm cho khung có xu hướng quay xung quanh một trục.

4.3. Mômen lực từ tác dụng lên khung dây mang dịng điện

Hãy tính mơmen ngẫu lực, tác dụng lên khung dây. Biết rằng . Vì vậy nếu
gọi AB=CD=b thì mơmen của ngẫu lực đó là M=IabB.

Gọi S=a.b là diện tích phần mặt băng giới hạn bởi khung dây thì
M=ISB

Đó chính là mơmen của ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng
điện I và song song với đường cảm ứng từ.

4.4 Rèn luyện kỹ năng

Kỹ năng:

- Xác định được độ lớn và chiều của momen lực từ tác dụng lên một khung
dây dẫn hình chữ nhật có dịng điện chạy qua được đặt trong từ trường đều.

+ Bài tốn khung dây có dịng điện đặt trong từ trường

Phương pháp:

- Phân tích lực từ tác dụng lên từng đoạn của khung dây. Từ đó xác định
momen lực tổng hợp tác dụng lên khung

- Nếu khung dây gồm N vòng, độ lớn lực từ sẽ tăng lên N lần

- Trường hợp khung đây nằm cân bằng trong từ trường, áp dụng nguyên tắc
momen lực

1 2

M M



Trong đó

M

1 là momen lực làm cho vật quay theo chiều kim đồng hồ,

M

là momen lực làm cho vật quay theo chiều ngược lại.

5. SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT

</div>
(31)<div class='page_container' data-page=31>

Đặc điểm của sự từ hóa là sự xuất hiện một từ trường phụ khi đặt vật chất
trong từ trường ngồi. Các chất khác nhau thì đặc điểm từ trường phụ khác nhau.
Các chất khi đặt trong từ trường trường ngồi thì gọi là từ mơi hay vật liệu từ.

5.1. Phân loại vật liệu từ

Căn cứ vào đặc điểm của từ trường phụ, người ta phân loại vật liệu từ thành
3 loại:

5.1.1. Chất thuận từ

Chất có từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngồi và có độ lớn rất nhỏ
so với từ truờng ngồi. Ví dụ như nhơm, vơnfram, ơxi, nitơ, khơng khí...

5.1.2. Chất nghịch từ

Chất có từ truờng phụ ngược chiều với từ trường ngoài và độ lớn rất nhỏ so
với từ trường ngồi. Ví dụ như bismut, đồng, beri, vàng, bạc, bo, nước, các khí
trơ...

5.1.3. Chất sắt từ

Chất có từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngoài và độ lớn xấp xỉ
hoặc có thể lớn hơn từ trường ngồi rất nhiều. Ví dụ như sắt, niken, coban, các
kim loại thuộc nhóm đất hiếm và một số hợp kim của sắt

Hiện tượng từ hóa các chất có thể được giải thích theo thuyết miền từ hóa
tự nhiên và các hiệu ứng từ ở cấp độ ngun tử. Chẳng hạn tính từ hóa mạnh của
các chất sắt từ được giải thích bằng thuyết miền từ hóa tự nhiên.

</div>
(32)<div class='page_container' data-page=32>

Nếu mẫu chất sắt từ được đặt trong từ trường ngồi thì dưới tác dụng của từ
trường ngồi, các đơ men từ có mơ men từ hợp với từ trường ngồi một góc nhọn
sẽ được mở rộng ra cịn các đơ men từ có mơ men từ hợp với từ trường ngồi một
góc tù sẽ bị thu hẹp dần và biến mất. Tồn bộ khơi sắt từ chỉ bao gồm các đơ men
có mơ men từ gần cùng hướng với từ trường ngồi. Mơ men từ của tồn bộ khối
sắt từ khác không và khối chất sắt từ trở thành nam châm tức có từ tính.

Khi ngắt từ trường ngồi, do có những lực tương tác kiểu như "lực ma sát"
giữa các đô men từ, sự sắp xếp các đô men khơng hồn tồn khơi phục lại trạng
thái hỗn loạn ban đầu nên mẫu sắt từ vẫn có từ tính. Sự tồn tại của các đô men
trong chất sắt từ đã được thực nghiệm chứng minh. Có thể quan sát trực tiếp các
đơ men bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử.

5.2. Hiện tượng từ trễ

Bộ thí nghiệm khảo sát sự từ hóa chất sắt từ gồm một ống dây thẳng và bộ
phận chuyển mạch để có thể đổi chiều và độ lớn dịng điện chạy qua ống dây. Cảm
ứng từ B0



ở trong lòng ống dây do dòng điện sinh ra cũng đổi chiều và độ lớn.
Đặt một lõi sắt từ chưa bị từ hóa lần nào vào trong lòng ống dây. Đồ thị biểu diễn
sự biến thiên của từ trường phụ B' theo từ trường ngồi B0



khi khảo sát q trình

từ hóa của lõi sắt được cho bởi hình dưới

-
Bd
Bd

Bk

-
Bk

A'
-
B0max

B0max B0

</div>
(33)<div class='page_container' data-page=33>

Khi B0 tăng theo chiều dương, B' tăng theo, lõi sắt bị từ hóa. Khi B0 đạt giá
trị cực đại thì B' đạt giá trị cực đại (điểm A).

Khi giảm Bo thì B' cũng giảm theo. Khi B0=0, giá trị B' không triệt tiêu mà
bằng một giá trị Bd gọi là giá trị từ dư.

Đổi chiều dòng điện qua khung dây, và tăng độ lớn (độ lớn B0 tăng theo

chiều âm) thì B' giảm. Khi B'=0 lõi sắt khơng cịn từ tính nữa, độ lớn của B0 ứng
với giá trị đó gọi là giá trị khử từ Bk.

Tiếp tục tăng cường độ dòng điện (B0 tăng theo chiều âm) B' cũng tăng theo
chiều âm, lõi sắt lại bị từ hóa nhưng từ trường ngược với trước. Khi B0 đạt cực đại
(theo chiều âm) thì B' cũng đạt giá trị cực đại (điểm A').

Giảm dần cường độ dòng điện (độ lớn của B0 giảm), B' giảm theo. Khi
B0=0 thì lõi sắt vẫn cịn từ tính với cảm ứng từ có giá trị Bd (theo chiều âm). Đổi
chiều dòng điện và tăng dần cường độ dòng điện theo chiều dương (B0 tăng theo
chiều dương), B' giảm dần độ lớn. Khi B' = 0 thì B0 tương ứng với giá trị khử từ
Bk.

Tiếp tục tăng B0, B' tăng đến giá trị cực đại (điểm A).
Đường cong biểu diễn sự biến thiên của từ trường phụ B'



trong lõi sắt theo
từ trường ngoài B0



(đường OAA'A) gọi là đường cong từ hóa. Trường hợp từ
trường ngồi B0



biến thiên điều hịa, đường cong từ hóa là đường cong khép kín,
đường cong kín đó được gọi là chu trình từ trễ.

Hiện tượng khi từ hóa vật chất, đường cong từ hóa lúc tăng từ trường ngồi
khơng trùng với lúc giảm từ trường ngoài gọi là hiện tượng từ trễ.

</div>
(34)<div class='page_container' data-page=34>

5.3 Chất siêu dẫn và khái niệm hiệu ứng nghịch từ lí tưởng

Năm 1911, nhà bác học người Hà Lan Ôn-nit (H.Onnes) phát hiện thấy khi
hạ nhiệt độ của thủy ngân đến 4K thì điện trở suất của nó đột ngột giảm về khơng.
Sau đó người ta cũng phát hiện hiện tượng xảy ra tương tự với nhiều chất khác.
Hiện tượng đó gọi là siêu dẫn. Các chất ở trạng thái xảy ra hiện tượng siêu dẫn gọi
là chất siêu dẫn.

Trong chất siêu dẫn, bên cạnh hiện tượng điện trở suất bằng khơng cịn có
nhiều hiệu ứng khác rất lí thú đã được phát hiện. Một trong những phát hiện đó là
của Mây-sơ-nơ (W.Meissner) vào năm 1913. Hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng nghịch
từ lí tưởng hay hiệu ứng Mây-sơ-nơ. Hiệu ứng đó như sau:

Khi đặt chất siêu dẫn vào trong từ trường ngồi thì từ trường tổng hợp trong
lịng chất siêu dẫn bằng khơng, từ trường chỉ khác không ở một lớp rất mỏng bề
mặt chất siêu dẫn (không quá 10μm). Nghĩa là khi đặt chất siêu dẫn vào trong từ
trường ngồi thì từ trường ngồi chỉ xâm nhập vào một khoảng rất mỏng trên bề
mặt chất siêu dẫn mà thơi. Vì tính chất này mà khi đặt chất siêu dẫn vào từ trường
thì nó bị từ trường đẩy ra rất mạnh. Hình ảnh dưới đây cho thấy một mẫu chất siêu
dẫn nằm lơ lửng phía trên nam châm.

6. TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

6.1 Khái niệm các cực từ của Trái Đất

</div>
(35)<div class='page_container' data-page=35>

6.2 Khái niệm độ từ thiên

Trên thực tế vị trí các cực từ của Trái Đất có sự biến đổi theo thời gian.
Hiện nay, cực từ Bắc không trùng với cực Nam địa lý và cực từ Nam không trùng
với cực Bắc địa lý. Do đó, các đường sức từ trên mặt đất khơng trùng với các
đường kinh tuyến. Giữa chúng có một góc lệch gọi là độ từ thiên hay góc từ thiên.

6.3. Khái niệm độ từ khuynh

</div>
(36)<div class='page_container' data-page=36>

6.4 Khái niệm hiện tượng bão từ

Các yếu tố của từ trường Trái Đất tại bất cứ điểm nào trên Trái Đất cũng
luôn biến đổi theo thời gian. Nhưng biến đổi này xảy ra rất phức tạp, có những
biến đổi xảy ra theo chu kỳ hàng thế kỉ, có những biến đổi xảy ra theo mùa, có
những biến đổi biến đổi giữa ngày và đêm. Tuy nhiên đó là những biến đổi có tính
địa phương. Chỉ những biến đổi từ trường Trái Đất trên quy mơ tồn cầu mới gọi
là bão từ.

Những bão từ yếu thường không liên quan đến hoạt động của Mặt Trời vì
các cơn bão từ loại này xảy ra thường xuyên, hầu như tháng nào cũng có vài cơn
bão từ yếu. Những cơn bão từ mạnh thường chỉ xảy ra khi có những hoạt động
mạnh của Mặt Trời.

</div>
(37)<div class='page_container' data-page=37>

7. ỨNG DỤNG

7.1 Điện kế khung quay

7.1.1 Cấu tạo chỉ của điện kế khung quay

1- nam châm; 2- lò xo xoắn; 3- chốt giữ lò xo;
4- thước chia độ; 5- khung dây dẫn; 6- kim chỉ thị.

7.1.2 Nguyên tắc hoạt động điện kế khung quay

</div>
(38)<div class='page_container' data-page=38>

Với ampe kế, các điện trở phụ này gọi là sơn và được mắc song song với khung
dây, điện trở các sơn có giá trị rất nhỏ.

Trong thực tế, để giúp đọc kết quả chính xác, một số điện kế kế lắp thêm
gương tạo ra ảnh của kim nằm sau thước đo. Điều này đảm bảo mắt nhìn thẳng
vào thước đo khi đọc kết quả.

7.2. Động cơ điện một chiều

7.2.1. Cấu tạo

7.2.2. Nguyên tắc hoạt động

</div>
(39)<div class='page_container' data-page=39>

Loa điện động có cấu tạo gồm các bộ phận chính: nam châm tròn và lõi thép,
cuộn dây, màng loa, giá đỡ.

Nam châm tròn và lõi thép tạo ra một khe từ có từ trường xuyên tâm. Cuộn dây
được đặt trong khe từ này và gắn với màng loa. Màng loa có các nếp gấp để cả màng
loa và cuộn dây có thể chuyển động vào ra dọc khe từ một cách dễ dàng.

Tín hiệu âm thanh sau khi biến điệu thành tín hiệu điện được đưa vào cuộn dây
của loa. Đây là tín hiệu điện có chiều thay đổi, do đó lực từ tác dụng lên cuộn dây
cũng thay đổi theo. Cuộn dây chuyển động vào ra dọc khe từ và kéo theo màng loa
cũng dao động theo. Dao động của màng loa làm nén giãn miền khơng khí xung
quanh tạo nên âm thanh. Âm thanh phát ra ở loa giống như âm thanh đã biến điệu
thành tín hiệu điện đưa vào cuộn dây

7.4. Đèn hình CRT

</div>
(40)<div class='page_container' data-page=40>

7.5.1 Cấu tạo

7.5.2 Nguyên tắc hoạt động

Bài tốn điện tích chuyển động trong từ trường đều vng góc với vận tốc ban
đầu của nó cho thấy quỹ đạo điện tích là đường trịn. Chu kì quay của điện tích khơng
phụ thuộc vào vận tốc của nó. Tính chất này được ứng dụng trong máy gia tốc
xiclơtrơn. Đây là một thiết bị quan trong trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và các hạt
cơ bản.

Cấu tạo của xiclơtrơn được chỉ ra trên hình vẽ. Nó gồm hai điện cực, có dạng
hai nửa hình hộp hình chữ D (D1, D2) đặt trong một buồng chân không. Hai hộp chữ D
đặt cách nhau một khe hẹp. Đặt một hiệu điện thế thay đổi tuần hoàn vào hai hộp, hai
hộp D1và D2 trở thành hai điện cực. Khoảng giữa khe hẹp có một điện trường thay đổi
tuần hồn. Tồn bộ hai hộp đặt trong một từ trường đều của một nam châm điện cực
mạnh có cảm ứng từ

B



vng góc với mặt hộp.

</div>
(41)<div class='page_container' data-page=41>

Khoảng không gian trong điện cực là đẳng thế, ở đó hạt chỉ chịu tác dụng của từ
trường. Với vận tốc vừa thu được dưới tác dụng của từ trường, hạt sẽ chuyển động
trịn, có bán kính tỷ lệ với vận tốc (theo cơng thức (2.8.5)). Người ta chọn tần số của
hiệu điện thế xoay chiều bằng tần số xiclôtrôn của hạt (xác định bởi công thức
(2.8.7)). Sau khi hạt chuyển động được nửa vòng tròn và đến khe hở giữa hai điện
cực, thì lúc đó hiệu điện thế đã đổi dấu (sau một nửa chu kỳ) và đạt giá trị cực đại. Hạt
lại được điện trường giữa hai khe tăng tốc thêm, rồi bay vào trong cực thứ hai, với vận
tốc lớn hơn, do đó quỹ đạo của hạt có bán kính lớn hơn trước trong khi thời gian
chuyển động của hạt trong điện cực D1, D2 thì khơng đổi (bằng nửa chu kỳ). Quá trình
tăng tốc cứ tiếp tục mãi. Quỹ đạo của hạt có dạng gần như một đường xoắn ốc. Năng

lượng cực đại Wmax có thể cung cấp cho hạt phụ thuộc vào cảm ứng từ của nam châm
điện, vào bán kính quỹ đạo cực đại rmax của hạt rmax bằng bán kính các hộp).

Theo (2.8.5)

,

B

m

q

v

R

r

max
max



do đó:
2
2
2
2
max

max R B

2m
q
2

W  

Đối với máy gia tốc xiclơtrơn, Wmax chỉ có thể đạt tới vài chục MeV. Bởi vì khi
hạt thu được năng lượng lớn tới mức nào đó thì khối lượng m của hạt tăng lên do hiệu
ứng tương đối tính dẫn đến điện tích riêng giảm. Theo (2.8.7) tần số xiclôtrôn giảm,
sự đồng bộ giữa tần xiclơtrơn và tần số điện trường khơng cịn vì vậy hạt khơng được
tăng tốc nữa. Khi đó, muốn cho năng lượng của hạt lớn, cần phải là thay đổi tần số
của hiệu điện thế tăng tốc (trong máy gia tốc phazôtrôn) hoặc là thay đổi từ trường sao
cho tỷ số B