1
LỜI NÓI ĐẦU
Tập bài giảng Vật lý đại cƣơng 2 đƣợc biên soạn theo chƣơng trình hiện
hành, dùng cho sinh viên hệ đại học của trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
Nam Định.
Tập bài giảng gồm 9 chƣơng đƣợc chia thành 2 phần Điện từ học và
Quang học. Phần Điện từ học gồm các chƣơng: Trƣờng tĩnh điện; Vật dẫn; Từ
trƣờng không đổi; Hiện tƣợng cảm ứng điện từ; Trƣờng điện từ. Phần Quang
học gồm các chƣơng: Cơ sở của quang hình học và các đại lƣợng trắc quang;
Giao thoa ánh sáng; Nhiễu xạ ánh sáng; Quang học lƣợng tử.
Tập bài giảng này đƣợc biên soạn nối tiếp sau giáo trình Vật lý đại
cƣơng 1 với mục đích xây dựng một bộ tài liệu hoàn chỉnh trợ giúp đắc lực
cho sinh viên trong quá trình đào tạo theo học chế tín chỉ, do đó có một số
phần chúng tôi đƣa vào để sinh viên tự nghiên cứu. Sau mỗi chƣơng đều có
phần tổng kết chƣơng, hệ thống câu hỏi lý thuyết và bài tập giúp ngƣời học
củng cố kiến thức, tự kiểm tra, đánh giá kết quả quá trình học tập của mình.
Tập bài giảng đƣợc biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi những thiếu
sót, các tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của bạn đọc để
tập bài giảng đƣợc hoàn thiện hơn.
Nam Định, 2011
Các tác giả
2
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 1
MỤC LỤC ......................................................................................................... 2
PHẦN III. ĐIỆN TỪ HỌC .............................................................................. 10
Chương 1. TRƢỜNG TĨNH ĐIỆN ................................................................ 11
1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU ............................................................ 11
1.1.1. Hiện tƣợng nhiễm điện, điện tích ................................................ 11
1.1.2. Thuyết điện tử - Định luật bảo toàn điện tích ............................. 11
1.1.3. Phân loại các vật liệu điện........................................................... 12
1.2. ĐỊNH LUẬT COULOMB ....................................................................... 12
1.2.1. Khái niệm điện tích điểm ............................................................ 12
1.2.2. Định luật Coulomb ...................................................................... 13
1.2.3. Nguyên lý chồng chất lực ........................................................... 14
1.2.4. Bài tập áp dụng ........................................................................... 15
1.3. ĐIẸ
N TRUƠ
NG ....................................................................................... 17
1.3.1. Khái niệm điện trƣờng ................................................................ 17
1.3.2. Vectơ cƣờng độ điện trƣờng ....................................................... 18
1.4. ĐIỆN THÔNG.......................................................................................... 25
1.4.1. Đƣờng sức điện trƣờng ............................................................... 25
1.4.2. Sƣ gián đoa
n cua đuơ
ng sƣ
c điện truơ
ng - Vectơ cảm ứng điện 26
1.4.3. Điện thông ................................................................................... 28
1.5. ĐỊNH LÝ OXTROGRATXKI - GAUSS (O - G) ĐỐI VỚI ĐIỆN
TRƢỜNG ........................................................................................................ 29
1.5.1. Thiết lập định lý .......................................................................... 30
1.5.2. Phát biểu định lý ......................................................................... 32
3
1.5.3. Dạng vi phân của định lý O-G .................................................... 32
1.5.4. Phƣơng pháp sử dụng định lý O-G ............................................. 32
1.6. ĐIỆN THẾ................................................................................................ 37
1.6.1. Công của lực tĩnh điện ................................................................ 37
1.6.2. Thế năng của điện tích trong điện trƣờng ................................... 39
1.6.3. Điện thế và hiệu điện thế ............................................................ 40
1.7. MẶT ĐẲNG THẾ .................................................................................... 42
1.7.1. Định nghĩa ................................................................................... 42
1.7.2. Tính chất mặt đẳng thế ............................................................... 43
1.8. LIÊN HỆ GIỮA VECTƠ CƢỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƢỜNG VÀ HIỆU
ĐIỆN THẾ ....................................................................................................... 43
BÀI TẬP CHƢƠNG 1 .................................................................................... 53
Chương 2. VẬT DẪN .................................................................................... 57
2.1. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TĨNH ĐIỆN. TÍNH CHẤT CỦA VẬT DẪN
MANG ĐIỆN .................................................................................................. 57
2.1.1. Định nghĩa vật dẫn cân bằng tĩnh điện ....................................... 57
2.1.2. Điều kiện cân bằng tĩnh điện ...................................................... 57
2.1.3. Những tính chất của vật dẫn mang điện. .................................... 58
2.2. HIỆN TƢỢNG ĐIỆN HƢỞNG ............................................................... 60
2.2.1. Hiện tƣợng điện hƣởng. Định lý các phần tử tƣơng ứng ............ 60
2.2.2. Điện hƣởng một phần và điện hƣởng toàn phần ........................ 62
2.3. ĐIỆN DUNG CỦA MỘT VẬT DẪN CÔ LẬP ...................................... 62
2.3.1. Định nghĩa ................................................................................... 62
2.3.2. Điện dung của một quả cầu kim loại .......................................... 63
2.4. HỆ VẬT DẪN TÍCH ĐIỆN CÂN BẰNG. TỤ ĐIỆN ............................. 63
2.4.1. Điện dung và hệ số điện hƣởng .................................................. 63
4
2.4.2. Tụ điện ........................................................................................ 64
2.4.3. Điện dung của một số tụ điện ..................................................... 65
2.5. NĂNG LƢỢNG ĐIỆN TRƢỜNG ........................................................... 66
2.5.1. Năng lƣợng tƣơng tác của một hệ điện tích điểm ....................... 66
2.5.2. Năng lƣợng điện của một vật dẫn cô lập tích điện ..................... 66
2.5.3. Năng lƣợng tụ điện ...................................................................... 67
2.5.4. Năng lƣợng điện trƣờng .............................................................. 67
BÀI TẬP CHƢƠNG 2 .................................................................................... 72
Chương 3. TỪ TRƢỜNG KHÔNG ĐỔI ....................................................... 73
3.1. TƢƠNG TÁC TỪ - ĐỊNH LUẬT AMPER ............................................ 74
3.1.1. Tƣơng tác từ ................................................................................ 74
3.1.2. Định luật Amper về tƣơng tác giữa hai phần tử dòng điện ........ 74
3.2. TỪ TRƢỜNG ........................................................................................... 76
3.2.1. Khái niệm từ trƣờng .................................................................... 76
3.2.2. Vectơ cảm ứng từ - Vectơ cƣờng độ từ trƣờng ........................... 77
3.3. TỪ THÔNG. ĐỊNH LÝ O-G ĐỐI VỚI TỪ TRƢỜNG .......................... 86
3.3.1. Đƣờng cảm ứng từ ...................................................................... 86
3.3.2. Từ thông ...................................................................................... 87
3.3.3. Tính chất xoáy của từ trƣờng ...................................................... 88
3.3.4. Định lý Oxtrogratxki – Gauss đối với từ trƣờng......................... 88
3.4. ĐỊNH LÝ AMPER VỀ DÕNG TOÀN PHẦN ........................................ 89
3.4.1. Lƣu số của vectơ cƣờng độ từ trƣờng ......................................... 89
3.4.2. Định lý Amper về dòng điện toàn phần ...................................... 89
3.4.3. Ứng dụng của định lý Amper về dòng toàn phần ....................... 92
3.5. TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN DÕNG ĐIỆN ........................... 94
5
3.5.1. Tác dụng của từ trƣờng lên một phần tử dòng điện.................... 94
3.5.2. Tác dụng tƣơng hỗ giữa hai dòng điện thẳng song song dài vô
hạn ......................................................................................................... 94
3.5.3. Định nghĩa đơn vị cƣờng độ dòng điện ...................................... 96
3.5.4. Tác dụng của từ trƣờng đều lên một mạch điện khép kín .......... 96
3.6. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN HẠT MANG ĐIỆN CHUYỂN ĐỘNG ..... 97
3.6.1. Lực Lorentz ................................................................................. 97
3.6.2. Chuyển động của hạt tích điện trong từ trƣờng đều ................... 98
3.7. CÔNG CỦA LỰC TỪ .......................................................................... 100
BÀI TẬP CHƢƠNG 3 .................................................................................. 108
Chương 4. HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ...................................... 112
4.1. CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ........... 112
4.1.1. Thí nghiệm Faraday .................................................................. 112
4.1.2. Định luật Lenx .......................................................................... 113
4.1.3. Định luật cơ bản của hiện tƣợng cảm ứng điện từ .................... 114
4.1.4. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều .................................. 115
4.1.5. Dòng điện Foucoult .................................................................. 116
4.2. HIỆN TƢỢNG TỰ CẢM ...................................................................... 116
4.2.1. Hiện tƣợng ................................................................................ 116
4.2.2. Sức điện động tự cảm ............................................................... 117
4.3. NĂNG LƢỢNG CỦA TỪ TRƢỜNG ................................................... 118
4.3.1. Năng lƣợng từ trƣờng của ống dây điện ................................... 118
4.3.2. Năng lƣợng của từ trƣờng ......................................................... 120
4.3.3. Năng lƣợng của trƣờng bất kì ................................................... 121
BÀI TẬP CHƢƠNG 4 .................................................................................. 125