Bài giảng vật lí đại cương A2 - Chương 4: Trường tĩnh từ - Nguyễn Thị Ngọc Nữ

TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 1 VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 Chương 4 TRƯỜNG TĨNH TỪ Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG §4.1 – TỪ TRƯỜNG. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN §4.6 – ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H §4.4 – ĐỊNH LÍ DÒNG TOÀN PHẦN §4.1 – TỪ TRƯỜNG. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ 1 – Tương tác từ - Từ trường: Tương tác từ Từ trường là môi trường vật chất tồn tại xung quanh các dòng điện và tác dụng lực từ lên các dòng điện khác đặt trong nó. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 2 §4.1 – TỪ TRƯỜNG. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ 2 – Vectơ cảm ứng từ, vectơ cường độ từ trường: Đơn vị đo cảm ứng từ B là T (tesla). Mỗi điểm trong từ trường được đặc trưng bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ cường độ từ trường B  H  0 B H     Đơn vị đo cường độ từ trường H là A/m (ampe trên mét). 7 0 4 .10 H / m   §4.1 – TỪ TRƯỜNG. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ 3 – Định luật Biot – Savart - Laplace: 0 3 (Id x r ) d B . 4 r       Vectơ cảm ứng từ gây bởi một phần tử dòng điện:  O Id  r  d B  M 0 2 Id sin dB . 4 r     • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: d B  Vuông góc với mp chứa phần tử dđ và điểm khảo sát. Qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải. tại điểm khảo sát. §4.1 – TỪ TRƯỜNG. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ 4 – Nguyên lý chồng chất từ trường: dd B d B     Vectơ cảm ứng từ gây bởi một dòng điện bất kì: d B  M Id  r  I Vectơ cảm ứng từ gây bởi nhiều dòng điện: i i B B    B  1B  2B  TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 1 – Cảm ứng từ của dòng điện thẳng: dd B d B     M h A B  Id  r  d B  + • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: B  0 2 dd dd Id .sin B dB 4 r       0 1 2 I B (cos cos ) 4 h       1 2 Vuông góc với mp chứa dđ và điểm khảo sát Qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải Tại điểm khảo sát. 2 h.d h h.cotg d ; r sin sin        §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H 0 1 2 I B (cos cos ) 4 h      M h A B B  + 1 2 0 I B 2 h    Nửa dđ thẳng 0 I B 4 h    B 0 M thuộc đthẳng chứa dđ I A B M I A B M I M B A I §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H O h R M I 2– Cảm ứng từ của dòng điện tròn: dd B d B     • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: B  0 n 2 dd dd dd Id B dB dB.cos .cos 4 r          2 0 2 2 3/2 IR B 2(R h )    Là trục của vòng dây Qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải Tại điểm khảo sát. t n dd dd d B d B      n dd d B    td B  nd B  d B  r  §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 2 0 2 2 3/2 IR B 2(R h )    O h R M I B  Tại tâm O 0 O I B 2R    O Cung tròn chắn góc ở tâm : 0 O I B . 2 2R    §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H Mômen từ của dòng điện kín: mp I S    mp  có phương vuông góc mp dòng điện; có chiều xác định theo qui tắc đinh ốc hoặc nắm tay phải. mp  §4.2 – BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ B H §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG 1 – Đường cảm ứng từ (đường sức từ): Là đường mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. Chiều của đường cảm ứng từ là chiều của . B  TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG Đặc điểm của các đường cảm ứng từ: • Các đường cảm ứng từ không cắt nhau. • Mật độ các đường cảm ứng từ tỉ lệ với độ lớn của • Đường cảm ứng từ là đường khép kín, đi ra ở cực N, đi vào cực S của nam châm. Tập hợp các đường sức từ gọi là từ phổ. B  I I P o Vaøo Nam Ra Baéc TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 6 §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG dS 2 – Từ thông: Từ thông gởi qua yếu tố diện tích dS là d S n .dS      SdBcosBdSd m n  B   Từ thông gởi qua một mặt (S) bất kì: m (S) Bd S      (S) B  Đơn vị đo từ thông là vêbe (Wb) §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG m (S) Bd S      Ý nghĩa: Từ thông cho biết số đường sức từ gởi qua mặt (S). m BS.cos   Từ thông của từ trường đều gởi qua một diện tích phẳng. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 7 3 – Định lý O – G (đl Gauss): Từ thông gởi qua một mặt kín bất kì thì luôn bằng không Ý nghĩa: • Không tồn tại các “từ tích”. • Đường cảm ứng từ phải là đường khép kín. • Từ trường là trường xoáy. m (S) Bd S 0      §4.3 – ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG 1 – Định lí dòng toàn phần: Lưu thông của vectơ cường độ từ trường dọc theo một đường cong kín bất kì thì bằng tổng đại số các dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi đường cong kín đó. k k(C) Hd I    Qui ước: Theo chiều lấy tích phân, dòng nào tuân theo qui tắc đinh ốc sẽ có dấu +. §4.4 – ĐỊNH LÍ DÒNG TOÀN PHẦN 2–Từ trường trong lòng ống dây điện: n: mật độ vòng dây (số vòng quấn trên mỗi mét chiều dài). Toroid N H .I nI 2 r    N H .I nI L   Solenoid §4.4 – ĐỊNH LÍ DÒNG TOÀN PHẦN TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 8 §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN 1 – Công thức Ampère: Lực từ tác dụng lên một phần tử dòng điện: d F Id B      Id  B  d F   dF BId .sin  • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: d F  vuông góc với mp chứa phần tử dđ và vectơ cảm ứng từ. theo qui tắc bàn tay trái. Tại trung điểm của dℓ Lực từ tác dụng lên một dòng điện bất kì: dd F d F     2-Từ trường đều tác dụng lên dòng điện thẳng F BI .sin  vuông góc với mp chứa dđ và vectơ cảm ứng từ. theo qui tắc bàn tay trái. tại trung điểm của dòng điện. I  B  F   dd F d F I( x B)       • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: F  F 0 I B  F BI I B   §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN 3-Tương tác giữa 2 dòng điện thẳng song song: 0 1 2F I If 2 d     Hai đđ // cùng chiều thì hút, ngược chiều thì đẩy nhau. I1 I2 I1 I2 Lực tương tác trên mỗi mét chiều dài: d §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 9 B  I I I I 4 – Từ trường đều tác dụng lên khung dây: a) Mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ: + B  1F  2F  3F  4F  I I I I Lực từ có xu hướng làm khung dây bị biến dạng. 1F  2F  3F  4F  §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN mM p x B     Lực từ làm quay khung dây. b) Mặt phẳng khung dây không vuông góc với đường sức từ: Mômen của lực từ: mM p .B.sin NISBsin    §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN mA Fdx BI .dx BIdS I.d        m m2 m1A I. I.( )     §4.5 – LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN 5 – Công của lực từ: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 10 §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG 1 – Lực Lorentz: LF q(v B)      LF | q | B.v.sin  • Phương: • Chiều: • Độ lớn: • Điểm đặt: LF  Qui tắc bàn tay trái đối với đt dương và bàn tay phải đối với điện tích âm. Tại điện tích. Vuông góc với mp chứa (v,B)   q>0 q<0 B  FL v  B  v  FL §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG 2- Điện tích chuyển động trong từ trường đều: Đt cđ thẳng đều theo hướng cũ 2 o L o n v F | q | B.v ma m r    a) Nếu vectơ vận tốc đầu 0v B   b) Nếu vectơ vận tốc đầu : 0v B    LF 0    Điện tích chuyển động tròn đều. Bán kính quĩ đạo: Chu kì: omvr | q | B  2 m T | q | B   Lực Lorentz: LF  LF  + 0v  0v + B  r r §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG c) Nếu vectơ vận tốc đầu tạo với một góc . ov  B  ov  B  Theo phương lực Lorentz = 0 nên đt chuyển động thẳng đều. B  v  v    Theo phương lực Lorentz làm đt chuyển động tròn đều. B   → Quĩ đạo của điện tích là đường xoắn lò xo. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 11 §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG Chu kì: 2 m T | q | B   h 0mv mv .sinr | q | B | q | B   Bán kính xoắn: Bước xoắn: 0 2 m h v .T v .cos . | q | B     §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG 3 – Hiệu ứng Hall: + + j  B  + + + + + + + - - - - - - - - Hiện tượng xuất hiện các điện tích trái dấu trên bề mặt vật dẫn đang tải điện khi nó đặt trong từ trường gọi là hiệu ứng Hall. Nguyên nhân: do lực Lorentz tác dụng lên các đt chuyển động trong từ trường. §4.6– ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG d LF F Hiệu điện thế Hall | q | E | q | Bv H 0 U j B d n q  H H 0 Bjd U R Bjd n q   H 0 1 R n q  h/số Hall