intTypePromotion=1
ADSENSE

Từ trường điện

Chia sẻ: Lê Ngọc Sáng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:4

76
lượt xem
14
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chúng ta đã biết là khi từ thông qua một khung dây dẫn thay đổi thì trong khung dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Từ thông qua khung dây có thể thay đổi theo hai cách: (a) dùng một từ trường thay đổi theo thời gian, hay (b) cho khung dây chuyển động trong một từ trường không đổi. Trong trường hợp thứ hai, như chúng ta đã thấy qua nhiều ví dụ, sức điện động cảm ứng có bản chất là lực từ tác động lên các điện tích tự do trong khung dây. Thế còn trong trường hợp thứ...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Từ trường điện

  1. Trường điện từ 1 1 Định luật Maxwell­Faraday Từ trường biến thiên tạo ra điện trường xoáy 1.1 Chúng ta đã biết là khi từ thông qua một khung dây dẫn thay đổi thì trong khung dây xu ất hi ện m ột s ức đi ện đ ộng cảm ứng. Từ thông qua khung dây có thể thay đổi theo hai cách: (a) dùng m ột t ừ tr ường thay đ ổi theo th ời gian, hay (b) cho khung dây chuyển động trong một từ trường không đổi. Trong trường hợp thứ hai, như chúng ta đã th ấy qua nhiều ví dụ, sức điện động cảm ứng có bản chất là lực t ừ tác đ ộng lên các đi ện tích t ự do trong khung dây. Th ế còn trong trường hợp thứ nhất, sức điện động cảm ứng do đâu mà có? Maxwell cho rằng từ trường biến thiên tạo nên một điện trường có đường sức khép kín, gọi là điện trường xoáy. Do có đường sức khép kín nên công do lực điện trường xoáy cung cấp khi điện tích di chuyển thành vòng kín trong khung dây là khác không. Để hiểu rõ hơn những đặc điểm này, chúng ta cũng c ần nh ớ l ại là đi ện tr ường tĩnh có đường sức hở chứ không khép kín (tận cùng ở các điện tích), và công của l ực đi ện tr ường tĩnh là b ằng không khi điện tích di chuyển thành một vòng kín. Định luật Maxwell­Faraday 1.2 Công do lực điện trường xoáy thực hiện khi một đơn vị điện tích d ương di chuyển thành vòng kín chính là s ức điện động cảm ứng, do đó theo định luật Faraday ta có:  d  ∫ dt (∫) E ⋅ ds = − B ⋅ n dS (C ) S  với (S) là mặt giới hạn trong khung dây ( C), còn E là điện trường xoáy (cảm ứng) do từ trường biến thiên gây ra. Phương trình trên là định luật Maxwell-Faraday, các b ạn chú ý là đ ịnh lu ật này cũng áp d ụng đ ược cho m ột chu tuyến (C) bất kỳ, chứ không nhất thiết phải là một khung dây dẫn, khung dây dẫn ở đây chỉ được dùng đ ể quan sát dòng điện cảm ứng mà thôi. Dạng vi phân của định luật Maxwell-Faraday là:   ∂B rotE = − ∂t 2 Định luật Maxwell­Ampère Điện trường biến thiên tạo ra từ trường 2.1 Như vậy, từ trường biến thiên tạo ra một điện trường (xoáy). Ngược lại, điện trường bi ến thiên có t ạo ra t ừ trường hay không? Lập luận dựa trên nguyên lý đối xứng, Maxwell cho rằng đi ện tr ường bi ến thiên cũng t ạo t ạo ra một từ trường, liên hệ giữa chúng cũng có dạng tương tự như định luật Maxwell-Faraday v ậy:   d  ∫ dt (∫) H ⋅ ds = D ⋅ n dS (C ) S Nghĩa là: nếu điện trường biến thiên, thì sẽ xuất hiện một từ trường sao cho lưu s ố của c ường đ ộ t ừ tr ường theo một chu tuyến (C) bằng độ biến thiên thông lượng cảm ứng điện qua mặt (S) giới hạn trong (C). Định luật Maxwell­Ampère 2.2 Từ trường cũng được tạo ra bởi các dòng điện theo định luật Ampère: © Lê Quang Nguyên 2005
  2. Trường điện từ 2   ∫ H ⋅ ds = I (C ) Do đó kết hợp cả hai ta có định luật Maxwell-Ampère:   d  ∫ H ⋅ ds = I + dt ∫ D ⋅ ndS (C ) (S) Đại lượng thứ hai ở vế phải cũng có thứ nguyên là cường độ dòng điện, thường được gọi là dòng điện dịch:  d ∫)D ⋅ ndS Id = dt ( S Vì vậy định luật Maxwell-Ampère còn được viết như sau:   ∫ H ⋅ ds = I + I d (C ) hay dưới dạng vi phân:  rotH = j + j d   ∂D với j d = là mật độ dòng điện dịch. ∂t 3 Hệ phương trình Maxwell Đến đây chúng ta có thể tổng kết lại các phương trình mô t ả điện t ừ trường biến thiên. Tr ước hết đi ện t ừ tr ường phải thỏa định luật Gauss:  ∫ D ⋅ ndS = q (S)  ∫ B ⋅ n dS = 0 (S) Trong đó q là điện tích tự do bên trong mặt kín (S). Dưới dạng vi phân:  divD = ρ  divB = 0 Ngoài ra điện từ trường biến thiên còn tuân theo hai định luật Maxwell-Faraday và Maxwell-Ampère:  d  ∫ dt (∫) E ⋅ ds = − B ⋅ n dS (C ) S © Lê Quang Nguyên 2005
  3. Trường điện từ 3   d  ∫ H ⋅ ds = I + dt ∫ D ⋅ ndS (C ) (S ) Và dạng vi phân:   ∂B rotE = − ∂t    ∂D rotH = j + ∂t Các phương trình trên lập thành hệ phương trình Maxwell, dạng tích phân và dạng vi phân. 4 Sóng điện từ Từ hệ phương trình Maxwell, chúng ta có thể chứng tỏ sự tồn t ại của các sóng đi ện t ừ. Xét m ột môi tr ường đ ồng nhất, đẳng hướng, không tích điện và không dẫn điện, trong môi trường này các phương trình Maxwell có d ạng:   ∂H rotE = − µµ 0 ∂t  divH = 0   ∂E rotH = εε 0 ∂t  divH = 0 Từ bốn phương trình này chúng ta có thể suy ra các phương trình sóng cho điện từ trường:   1 ∂2E ∆E = 2 v ∂t 2   1 ∂2H ∆H = 2 v ∂t 2 với: ∂2 ∂2 ∂2 ∆= + 2+ ∂x 2 ∂y ∂z 2 1 c v= = εε 0 µµ 0 εµ 1 c= = 3 × 10 8 m s ε 0 µ0 Như vậy, điện từ trường biến thiên lan truyền dưới dạng sóng với vận tốc v, đó là sóng điện từ. Sau phát hiện này của Maxwell, các nhà khoa học đã nhanh chóng kiểm chứng bằng thực nghiệm s ự t ồn t ại c ủa sóng đi ện t ừ, và h ơn nữa còn chứng tỏ được rằng ánh sáng (khả kiến, tử ngoại, hồng ngoại), sóng radio, tia X, tia gamma …, t ất c ả đ ều là sóng điện từ. © Lê Quang Nguyên 2005
  4. Trường điện từ 4 5 Sóng điện từ phẳng Trong trường hợp sóng điện từ phẳng lan truyền theo trục x, chúng ta có các tính chất sau:   • Vectơ cường độ điện trường E và cường độ từ trường H vuông góc với phương truyền sóng: sóng điện từ là sóng ngang.   • E và H vuônggóc với nhau.  • Tích vectơ E × H hướng theo chiều truyền sóng.   • E và H dao động theo kiểu hình sin với cùng tần số và cùng pha. εε 0 E = µµ 0 H • 6 Bài tập áp dụng 7 Tóm tắt © Lê Quang Nguyên 2005
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=76

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2