Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Từ trường không đổi

Chia sẻ: AndromedaShun _AndromedaShun | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Từ trường không đổi cung cấp cho học viên những kiến thức về dòng điện không đổi; những đại lượng đặc trưng như cường độ dòng điện, véc tơ mật độ dòng điện; định luật Ohm đối với một đoạn mạch điện trở thuần; tương tác từ của dòng điện, định luật Ampe;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 4: Từ trường không đổi

Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
Ch−¬ng IV Tõ tr−êng kh«ng ®æi
I. Dßng ®iÖn kh«ng ®æi 1. B¶n chÊt dßng ®iÖn: dßng c¸c h¹t ®iÖn chuyÓn ®éng cã h−íng, chiÒu cña h¹t d−¬ng r E + + - e + - - - -e -e -+- - - - + + e +e - + - - + I Trong kim Trong dung Trong chÊt lo¹i dÞch ®iÖn ph©n khÝ
2. Nh÷ng ®¹i l−îng ®Æc tr−ng: • C−êng ®é dßng ®iÖn= ®iÖn l−îng qua S/s t t dq I= q = ∫ dq = ∫ Idt = It 1C=1A.1s dt 0 0 • VÐc t¬ mËt ®é dßng ®iÖn M r tai ®iÓm M cã gèc t¹i M, J chiÒu chuyÓn ®éng h¹t dSn d−¬ng, gi¸ trÞ r r dI dI = JdS n = JdS J= A/m2 r r dS n ∫ I = dI = JdS S ∫ S
èng dßng ®iÖn: n0, |e|, v , dSn r v r Sè h¹t ®iÖn ®i qua dS n trong + + J mét ®¬n vÞ thêi gian: dSn dn = n 0 ( vdS n ) dI =| e | dn =| e | n 0 ( vdS n ) J = dI / dS n = n 0 | e | v r r J = n 0 ev r r Dßng nhiÒu lo¹i h¹t: J = ∑ n 0 i e i v i i
3. §Þnh luËt Ohm ®èi víi mét ®o¹n m¹ch ®iÖn trë thuÇn A r B I=(V1 -V2)/R rE §é dÉn cña ®o¹n m¹ch: V1 > I V2 g=1/R • §iÖn trë vμ ®iÖn trë suÊt: R=(V1 -V2)/I R=ρl/Sn Ω=V/A • D¹ng vi ph©n ®Þnh V V+dV r luËt Ohm r E dSn dI=[V-(V+dV)]/R=-dV/R J R=ρdl/dSn dl
r r J= dI 1 dV = (− ) J = σE J = σE dS n ρ dl T¹i mét ®iÓm bÊt k× cã r r dßng ®iÖn ch¹y qua: J~E - • SuÊt ®iÖn ®éng C - + Nguån ®iÖn: Duy - tr× cùc d−¬ng, ©m + =>Lùc l¹ ®Èy ®iÖn tÝch trong nguån: T−¬ng t¸c ph©n tö, c¶m øng ®iÖn tõ, lùc ®iÖn tõ => Tr−êng l¹
• SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn: lμ ®¹i l−îng cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña lùc ®iÖn tr−êng dÞch chuyÓn ®iÖn tÝch +1 mét vßng quanh m¹ch kÝn cña nguån ®ã. ∫ r r* r ζ = A/q A = q(E + E )ds r C E r* VÐc t¬ c−êng ®é tr−êng tÜnh ®iÖn E VÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng l¹ r r r* r r r ζ = A / q = ∫ Ed s + ∫ E d s C C ∫ C E d s = 0
SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn: lμ ®¹i l−îng cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña lùc ®iÖn tr−êng l¹ dÞch chuyÓn ®iÖn tÝch +1 mét vßng quanh m¹ch kÝn cña nguån ®ã. r* r SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ζ = ∫ E d s ®iÖn =L−u sè cña tr−êng l¹ C - + Trong pin t¹i bÒ mÆt ®iÖn cùc cã hiÖu thÕ nh¶y vät: S§§ trong pin=tæng c¸c v ΔV hiÖu ®iÖn thÕ nh¶y vät ΔV ΔV
1. T−¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn, ®Þnh luËt Ampe 1.1. ThÝ nghiÖm vÒ t−¬ng t¸c tõ T−¬ng t¸c tõ T−¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn - -+ +
r rr r 1.2. §Þnh luËt Ampe r = OMr n r d l , r vμ n theo thø tù nμy r I 0 d l0 θ hîp thμnh tam diÖn thuËn Or r θ0 M §LAmpe trong ch©n kh«ng: P Id l r dF0 r r r Id l t¸c dông lªn I 0 d l0 lùc dF0 cã : r r x Ph−¬ng vu«ng gãc r r víi mÆtr ph¼ng chøa n , d l0 y Cã chiÒu sao cho d l0 , n vμ dF0 theo thø tù nμy t¹o thμnh tam diÖn thuËn z Cã ®é lín b»ng dF0 = k. I 0 dl 0 sin θ 0 Idl sin θ 2 μ r k= 0 μ0 =4π.10-7 H/m - H»ng sè tõ 4π
r r r r μ 0 I 0 d l0 × ( Id l × r ) BiÓu thøc: dF0 = . r r 4π r r 3r | Id l × r |= Idl.r sin θ | I 0 d l0 × n |= I 0 dl 0 . sin θ0 r r r r μ 0μ I 0 d l0 × ( Id l × r ) Trong m«i tr−êng: dF = . 4π r3 μ - H»ng sè tõ m«i hay ®é tõ thÈm tû ®èi cña m«i tr−êng nãi lªn kh¶ n¨ng dÉn tõ μKK≈1; μFe rÊt lín §Þnh luËt Ampe lμ ®Þnh luËt c¬ b¶n trong t−¬ng t¸c tõ (t−¬ng øng §/L Cul«ng trong t−¬ng t¸c ®iÖn) §óng víi t−¬ng t¸c gi÷a c¸c dßng ®iÖn h÷u h¹n
2.VÐc t¬ c¶m øng tõ vμ vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng 2.1. Kh¸i niÖm vÒ tõ tr−êng: • T−¬ng t¸c gi÷a c¸c dßng thùc hiÖn nh− thÕ nμo? • Cã 2 thuyÕt: ThuyÕt t−¬ng t¸c xa, vμ ThuyÕt t−¬ng t¸c gÇn ThuyÕt t−¬ng t¸c xa: Kh«ng th«ng qua m«i tr−êng nμo, tøc thêi vtt =∞, Dßng ®iÖn kh«ng g©y biÕn ®æi m«i tr−êng => Tr¸i víi tiÒn ®Ò Anhxtanh ThuyÕt t−¬ng t¸c gÇn: Dßng ®iÖn lμm m«i tr−êng xung quanh biÕn ®æi, g©y ra mét tõ tr−êng lan truyÒn víi v=c, Tõ tr−êng g©y tõ lùc lªn dßng ®iÖn kh¸c vtt =c; §óng
2.2. VÐc t¬ c¶m øng tõ Tr−êng tÜnh ®iÖn, lùc t−¬ng t¸c r tÜnh ®iÖn r r r r 1 q.q 0 r F 1 q. r F= . 3 ⇒E = = . 3 4 πε 0 ε r q 0 4πε 0 ε r Lùc t−¬ng t¸c tõ cña r 2 dßng r ®iÖn r r μ 0μ I 0 d l0 × ( Id l × r ) dF = . r r 4π r3 dB Idl g©yra tõ tr−êng θ r Or r víi vÐc t¬ c¶m øng Id l M tõ r r P r μ μ Id l × r dB = 0 . 4π r3
§Þnh lý Bi«-xava-Laplatz: r r r r dB dB do Idl g©y ra t¹i M c¸ch r lμ r r Or mét vÐc t¬ cã: Id l θ M P x Gèc t¹i M r r r y Ph−¬ng dB ⊥ P chøa Id l vμ r r r r z ChiÒu sao cho 3 vÐc t¬ d l , r vμ dB theo thø tù ®ã hîp thμnh tam diÖn thuËn Qui t¾c vÆn ren ph¶i: ChiÒu vÆn cña tõ tr−êng, ChiÒu tiÕn cña dßng ®iÖn μ 0μ Idl sin θ r r r { Gi¸ trÞ dB = . ⇒ dF = I 0 d l0 × dB 4π r2
2.3. Nguyªn lý chång chÊt tõ tr−êng r VÐc t¬ c¶m øng tõ B do mét dßng ®iÖn bÊt kúr g©y ra t¹i M b»ng tæng c¸c vÐc t¬ c¶m øng tõ dB do tÊt c¶ c¸c phÇn tö nhá cña dßng ®iÖn g©y ra: r r B = ∫ dB c¶ dßng ®iÖn Trong c¸c bμi to¸n cô thÓ: X¸c ®Þnh ph−¬ng, chiÒu b»ng h×nh vÏ. TÝnh tÝch ph©n x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña B. VÐc t¬ c¶m øng tõ do nhiÒu dßng ®iÖn g©y ra r r r r n r B = B1 + B2 + .... + B n = ∑ Bi i =1
2.4. VÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng VÐc t¬ c¶m øng tõ chøa μ nªn mËt ®é ®−êng søc thay ®æi => VÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng kh«ng r phô thuéc vμo m«i tr−êng: r B H= 2.5. øng dông: μ 0 μ a, C¶m øng tõ cña mét dßng ®iÖn th¼ng B θ2 μ 0μI dl sin θ r B= .∫ B 4π AB r 2 R × r l θr l Rdθ R dl = cot gθ ⇒ dl = r= θ1 R sin 2 θ sin θ A
θ2 μ 0μI dθ sin θ μ 0μI B= .∫ = θ2 ( − cos θ) |θ1 4π θ R 4 πR 1 μ 0μI B= (cos θ1 − cos θ 2 ) 4 πR Dßng ®iÖn th¼ng dμi v« h¹n:θ1=0, θ2=π μ 0μI I 1A B= , H= , I=1A, 2πR=1m H= 2 πR 2 πR 1m A/m lμ c−êng ®é tõ tr−êng sinh ra trong ch©n kh«ng bëi mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn th¼ng dμi v« h¹n, thiÕt diÖn trßn t¹i c¸c ®iÓm trªn vßng trßn ®ång trôc víi d©y cã chu vi lμ 1m
b, Dßng ®iÖn trßn r r dB r dB 2 dB = 2dB1 cos β r r dB1 R μ 0μ Idl sin θ r rh r β cos β = dB1 = . d l2 r r 4π r2 R n r 1 π r = (R +2 sin θ = sin = 1 2 2 h ) d l1 2 r μ 0μ Idl.R r μ μP dB = . 2 2π ( R + h ) 2 3/ 2 B = 0 m 2 π( R + h ) 2 2 3/ 2 μ 0μIR πR μ 0μIπR 2 r r B= 2 π( R 2 + h 2 ) 3 / 2 ∫ dl = 2π( R 2 + h 2 ) 3 / 2 r S = S.n r 0 Pm = IS
c, H¹t ®iÖn chuyÓn ®éng r dB do phÇn tö rdßng ®iÖn r μ 0μ Id l × rr r = = r dB = . dn n 0 dV n 0 S n dl r 4π r3 r r r r d l + dB μ 0μ Id l × r r Bq = = . vd l r dn 4π n 0S n dl.r 3 =v dl I = jS n = n 0 | q | vSn r r r μ 0 μ qv × r Bq = . 3 r r 4 π r rr Bq q>0 B q qv r r theo thø tù ®ã hîp thμnh v r tam diÖn thuËn + I -