zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Lý thuyết trường điện từ: Chương 2 - TS. Nguyễn Việt Sơn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Lý thuyết trường điện từ: Chương 2 - Khái niệm cơ bản về trường điện từ" được biên soạn với các nội dung chính sau đây: Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện; Cường độ điện trường của điện tích điểm; Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục; Cường độ điện trường của điện tích đường; Cường độ điện trường của điện tích mặt; Đường sức - Ống sức. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Lý thuyết trường điện từ: Chương 2 - TS. Nguyễn Việt Sơn

LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện III. Cường độ điện trường của điện tích điểm IV. Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục V. Cường độ điện trường của điện tích đường VI. Cường độ điện trường của điện tích mặt VII. Đường sức - Ống sức 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 1
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản  Định nghĩa: Trường điện từ là một dạng vật chất cơ bản, chuyển động với vận tốc c trong mọi hệ quy chiếu quán tính trong chân không, nó thể hiện sự tồn tại và vận động qua những tương tác với một dạng vật chất khác là những hạt hoặc những môi trường mang điện.  Tính tồn tại: Trường điện từ có khả năng tác dụng động lực học lên các vật thể, trường điện từ có năng lượng, động lượng phân bố, chuyển động trong không gian, với vận tốc hữu hạn.  Tính vận động: Thể hiện ở khả năng tác dụng lên các vật thể, môi trường (vd: lực lorenx) và sự lan truyền tác dụng đó. 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 2
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản  Trong hệ quy chiếu có quán tính, trường điện từ có hai mặt tương tác (lực Lorentz) với hạt (vật) mang điện tùy theo cách chuyển động của vật trong hệ.  Lực điện FE: Thay đổi theo vị trí, không phụ thuộc vào vận tốc của q eE FE vật (mặt điện trường).  Lực từ FM: tác động khi vật chuyển động (mặt từ trường). FM F = FE + FM  Điện trường, từ trường, lực Lorentz & năng lượng của q eB chúng là khái niệm tương đối (xét theo sự chuyển động của vật mang điện trong một hệ quy chiếu). v 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 3
LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện III. Cường độ điện trường của điện tích điểm IV. Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục V. Cường độ điện trường của điện tích đường VI. Cường độ điện trường của điện tích mặt VII. Đường sức - Ống sức 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 4
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện  Để xây dựng mô hình hệ Trường - Môi trường mang điện, cần xác định những thông số biểu diễn & mô tả hệ:  Biến trạng thái: Đo & biểu diễn trạng thái và quá trình động lực học của hệ hoặc năng lực tương tác của các thành viên trong hệ.  Biến hành vi: Biểu diễn tính quy luật các hoạt động, hành vi của một thực thể trong quá trình tương tác với thực thể khác. 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 5
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 1. Biến trạng thái cơ bản của vật mang điện  Biến trạng thái cơ bản của vật mang điện là điện tích q.  Đo năng lực tương tác lực (chịu tác dụng lực) với trường điện từ.  Có 02 loại hạt (vật) mang điện:  Hạt mang điện tích âm: e = -1,6.10-19 (C)  Hạt mang điện tích dương  Hạt (vật) không mang điện (điện tích bằng không) nếu không có khả năng tương tác lực với trường điện từ. 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 6
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 2. Biến trạng thái cơ bản của trường điện từ a.Vector cường độ điện trường E:  Xét vật nhỏ mang điện tích dq, đặt tĩnh trong hệ quy chiếu có quán tính, chịu một lực dFE  ở lân cận vật mang điện có điện trường. Vector trạng thái cường độ điện trường là biến trạng thái đo & biểu diễn năng lực tác động về điện của lực Lorenx ở lân cận vật mang điện trong trường điện từ: dFE = dqE [ F ] N Nm V Thứ nguyên: [ E ]     [q ] C Cm m 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 7
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 2. Biến trạng thái cơ bản của trường điện từ b. Vector cường độ từ cảm B:  Xét vật nhỏ mang điện tích dq, chuyển động trong hệ quy chiếu có quán tính, chịu lực dFM  ở lân cận vật mang điện có từ trường. Lực dFM hướng theo chiều eF, vuông góc với vận tốc v của hạt mang điện, vuông góc với vector đơn vị eB xác định theo mỗi điểm trong hệ quy chiếu. dFM  dq( v  B)  dqvBev  eB dl Mặt khác: dqv  dq  idl dt Ta có: dFM  iBdlev  eB [T] 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 8
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 3. Tính tương đối của E & B  Điện trường E & từ trường B:  Những thể hiện của trường điện từ trong hệ quy chiếu. Trường điện từ được “cảm nhận” thông qua E & B.  Xác định theo sự chuyển động của hạt mang điện (mang tính tương đối). F  FE  FM  q(E  v  B)  Lực Lorenz gồm 2 thành phần:  Không đổi: FE  qE  Phụ thuộc vào hệ quy chiếu: FM  q( v  B) 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 9
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 4. Quan hệ giữa điện tích q & lực tĩnh điện - Luật Coulomb  Luật Coulomb là luật về tương tác giữa các hạt mang điện: Độ lớn lực tương tác giữa 2 hạt mang điện tỷ lệ thuận với điện tích q1, q2, và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Q1Q2 ε0: hằng số điện môi trong chân không F k 2 r Q1, Q2: điện tích của hạt mang điện 1 1 trong đó: k  với  0   8,854.10 12 F /m 4 0 4 10 c 7 2 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 10
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 4. Quan hệ giữa điện tích q & lực tĩnh điện - Luật Coulomb  Xét 2 điện tích cùng dấu Q1 và Q2 trong chân không, xác định bởi vector r1 & r2.  Lực F2 đặt trên điện tích Q2 có:  Phương: Cùng phương với vector R12 nối giữa Q1 & Q2. R12 = r2 – r1  Hướng: Cùng hướng với vector R12. a12 là vector đơn vị của vector R12 Q1Q2 F2  a12 R12 r r 4 0 R12 2 a12   2 1 | R12 | | r2  r1 | 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 11
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện 4. Quan hệ giữa điện tích q & lực tĩnh điện - Luật Coulomb Ví dụ 2.1: Cho điện tích Q1 = 3.10-4 (C) đặt tại A(1, 2, 3), điện tích Q2 = -10-4 (C) đặt tại B(2, 0, 5) trong chân không. Tính lực tác dụng của Q1 lên Q2. Q1Q2 F2  a12 4 0 R12 2 R12  r2  r1  (2  1)a x  (0  2)a y  (5  3)a z  a x  2a y  2a z  R  12  (2) 2  22  3  12  R12 1 2 2 F2  10a x  20a y  20a z ( N ) a12   ax  ay  az  R12 3 3 3 Q1Q2 3.104 (104 ) 1 2 2 1 2 2 F2  a  ( a  a  a )  30( ax  ay  a z ) 4 0 R12 4 .8,854.10 .3 3 12 2 2 12 x y z 3 3 3 3 3 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 12
LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện III. Cường độ điện trường của điện tích điểm IV. Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục V. Cường độ điện trường của điện tích đường VI. Cường độ điện trường của điện tích mặt VII. Đường sức - Ống sức 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 13
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ III. Cường độ điện trường của điện tích điểm  Xét điện tích điểm Q1 đặt cố định, điện tích thử Qt đặt trong không gian xung quanh điện tích Q1  Qt chịu sự tác dụng lực tĩnh điện Coulomb Q1Qt Ft Q1 Ft  a   a 4 0 R1t 2 1t Qt 4 0 R1t 2 1t  Cường độ điện trường của điện tích điểm tạo ra trong chân không:  Vector lực tác dụng lên một điện tích thử 1C  Thứ nguyên: V/m Q  Vector: E  a R - R: vector hướng từ Q đến điểm xét 4 0 R 2 - aR : vector đơn vị của R 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 14
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ III. Cường độ điện trường của điện tích điểm  Hệ tọa độ cầu:  Xét điện tích điểm Q đặt tại tâm hệ tọa độ cầu  Xét cường độ điện trường tại một điểm trên mặt cầu bán kính r: Q E ar ar : vector đơn vị hệ tọa độ cầu 4 0 r 2  Hệ tọa độ descartes:  Xét điện tích điểm Q đặt tại gốc tọa độ.  Cường độ điện trường tại một điểm bất kỳ có tọa độ (x, y, z) Q  x y z  E  ax  ay  az  2 2  4 0 ( x  y  z )  x  y  z 2 2 2 2 x y z 2 2 2 x y z 2 2 2   2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 15
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ III. Cường độ điện trường của điện tích điểm  Hệ tọa độ descartes:  Xét điện tích điểm Q đặt tại điểm bất kỳ có tọa độ (x’, y’, z’).  Cường độ điện trường tại P(x, y, z)  R | r  r' |  R  r r'   r  r' a   R | r  r' |  Q r  r' Q(r  r') Q ( x  x ')a x  ( y  y ')a y  ( z  z ')a z  E   4 0 | r  r' | | r  r' | 4 0 | r  r' | 2 3 4 0 ( x  x ')  ( y  y ')  ( z  z ')   2 2 2 3/2 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 16
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ III. Cường độ điện trường của điện tích điểm z Q2  Xét điện tích điểm Q1 & Q2 trong chân không. r2 r – r2 Q1 r - r1  Xét điểm P bất kỳ trong chân không P a1 E1 r1 r y  Theo tính chất tuyến tính của lực Coulomb  a2 cường độ điện trường do 2 điện tích điểm tạo ra: E2 x E(r) Q1 Q2 E(r )  a  a 4 0 | r  r1 |2 1 4 0 | r  r2 |2 2  Tổng quát: n Qk E(r )   a k 1 4 0 | r  rk | 2 k 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 17
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ III. Cường độ điện trường của điện tích điểm Ví dụ 2.2: Cho Q1 = 4.10-9C tại điểm P1(3, -2, 1), Q2 = 3.10-9C tại điểm P2(1, 0, -2), Q3 = 2.10-9C tại điểm P3(0, 2, 2), Q4 = 10-9C đặt tại điểm P4(-1, 0, 2). Tính cường độ điện trường tại điểm P(1, 1, 1). Q1 Q2 Q3 Q4 E(r)  a  a  a  a 4 0 | r  r1 |2 1 4 0 | r  r2 |2 2 4 0 | r  r3 | 2 3 4 0 | r  r4 | 2 4 Trong đó:  | r  r | (2) 2  32  3,32  1 r  r1  ( x  x1 )a x  ( y  y1 )a y  ( z  z 1 )a z  2a x  3a y   r  r1 2 3  1 a   a  ay | r  r1 | 3,32 x  3,32 | r  r2 | 3,16 a 2  0,32a y  0.95a z | r  r3 | 1, 73 a 3  0,58a x  0,58a y  0,58a z | r  r4 | 2, 45 a 4  0,82a x  0, 41a y  0, 41a z E  24, 66a x  9,99a y  32, 4a z 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 18
LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ I. Khái niệm cơ bản II. Thông số cơ bản của trường điện từ & môi trường mang điện III. Cường độ điện trường của điện tích điểm IV. Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục V. Cường độ điện trường của điện tích đường VI. Cường độ điện trường của điện tích mặt VII. Đường sức - Ống sức 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 19
Chương 2: Khái niệm cơ bản về trường điện từ IV. Cường độ điện trường của điện tích khối liên tục  Xét vùng không gian được lấp đầy bằng các hạt mang điện (không gian giữa lưới điều khiển & cực cathode của ống phóng điện tử trong tivi, màn hình CRT...)  Coi sự phân bố của các hạt mang điện là liên tục, mô tả bằng hàm mật độ điện tích khối (C/m3). Q v  lim v 0 v  Tổng số điện tích tồn tại trong một không gian hữu hạn thể tích V là: Q    v dv V 2015 - Lý thuyết trường điện từ - Nguyễn Việt Sơn 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.