Mangetic Fields of Curents

Chương 6. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Từ trường của Trái Đất bảo vệ các sinh vật khỏi ảnh hưởng

của các hạt mang điện ngoài vũ trụ.

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ tương tác nam châm - nam châm + tương tác nam châm - sắt

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ tương tác dòng điện - dòng điện: Ampère (1826)

+ tương tác nam chân - dòng điện: Oersted (1820)

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ Phần tử dòng điện (hay nguyên tố dòng điện) là một dòng

điện chạy trong dây dẫn hình trụ có chiều dài dℓ và tiết diện

ngang dS rất nhỏ: .dI

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

I

d

Bài 1. TỪ TRƯỜNG VÀ VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ

1. Khái niệm từ trường

+ Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt tồn tại

xung quanh các dòng điện (hay xung quanh các điện

tích chuyển động) và tác dụng lực từ lên các dòng điện

khác đặt trong nó.

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

2. Vectơ cảm ứng từ

+ đặc trưng cho từ trường tại mỗi điểm về phương diện tác dụng lực

0

34

Id rdB

r

+ Phương: vuông góc với mp

+ Chiều: qui tắc bàn tay phải

+ Điểm đặt: tại điểm khảo sát.

+ Độ lớn:

0

2

sin

4

IddB

r

+ Đơn vị : T (Tesla)

,Id r

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

3. Vectơ cường độ từ trường

0

BH

- Đơn vị :

- Điểm đặt: tại điểm khảo sát.

- Phương, chiều: trùng với ứng từ B

- Độ lớn:

0

BH

Ampe

me

A

m t

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

7

0 4 .10 Hm

hắng số từ

4. Nguyên lý chồng chất từ trường

+ véc tơ cảm ứng từ:

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

1 2

1

...n

n i

i

B B B B B

B dB + véc tơ cường độ từ trường:

1

n

i

i

H H

H dH

Bài toán 6.1: từ trường của dòng điện thẳng

Hướng dẫn giải

0

2

IddB sin

4 r

N N

0

2

M M

IdB dB sin

4 r

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+Xét một yếu tố dòng bất kỳ

trên đoạn dây MN:

Id

Xác định vectơ cảm ứng từ do dòng điện có cường độ I

chạy trong đoạn dây dẫn thẳng MN gây ra tại điểm P

cách dây MN một khoảng h.

Vậy

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

20

2

sinsin

4

sin

N

M

hdI

Bh

.coth 2sin

hdd

sin

hr

2

1

0 sin4

IB d

h

01 2cos - cos

4

IB

h

Suy ra:

Có:

+ Dây MN rất dài

+ Điểm P nằm trên đường thẳng MN

Hệ quả:

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ Dây MN như nửa đường thẳng

Bài toán 6.2: từ trường của vòng dây tròn

Xác định vectơ cảm ứng từ do dòng điện cường độ I chạy

trong vòng dây dẫn tròn tâm O, bán kính R gây ra tại điểm

P nằm trên trục của vòng dây, cách tâm O một khoảng h.

Hướng dẫn giải

00

2

IddB sin90

4 r

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+Xét một yếu tố dòng bất kỳ

trên vòng dây.

Id

+ Cảm ứng từ tại P :

( ) ( ) ( ) ( )

P x y x y

C C C C

B dB dB dB dB dB

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Phân tích thành 2 thành phần:dB

Do đối xứng trục:

( )

P x

C

B dB

0 0

2 2.cos .cos .cos

4 4P

C C C

Id IB dB d

r r

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Độ lớn của cảm ứng từ tại M:

0y

C

dB

Suy ra:

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Từ hình vẽ có:

2

0

32 2 22

P

IRB

R h

0

2.2

4P

I RB R

r r

cos =R

r

2 2r R h

0B nI

Xác định cảm ứng từ tại điểm M trên trục của ống dây

Bài toán 6.3: từ trường của ống dây (solenoid)

n là mật độ vòng dây quấn

so vongn

chieu dai ong day

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Bài toán 6.4: từ trường của vòng dây hình xuyến (Toroid)

0

2

NIB

r

N là tổng số vòng dây

a < r < b

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Bài 2. ĐỊNH LÝ OSTROGRADSKY-GAUSS

+ Đường cảm ứng từ (hay đường sức của từ trường) là đường

vẽ trong từ trường sao cho tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm

trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó.

1. Đường cảm ứng từ

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

2. Từ thông

từ thông gửi qua :

+ mặt (S) bất kì là:

+ Đơn vị : Wb (Vêbe)

+ diện tích vi phân dS

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

3. Định lý O – G đối với từ trường

+ Từ thông gửi qua bất kỳ mặt kín nào cũng bằng không

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

4. Định lý Ampère về lưu số của vectơ cường độ từ trường

+ Lưu số của vectơ cường độ từ trường

dọc theo một đường cong kín (C) bất kỳ

bằng tổng đại số cường độ của các dòng

điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi

đường cong kín đó.

1( )

n

k

kC

H d I

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ gợi ý bài toán (6.9) dây dẫn hình trụ:

đường cong lấy lưu số câu a

đường cong lấy lưu số câu b

Ôn tập: ĐIỆN TỪ

Bài 3. TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÒNG ĐIỆN

1. Tác dụng của từ trường lên phần tử dòng điện

+ Độ lớn:

dF Id B

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

dF

d

- Phương: vuông góc với mặt phẳng

- Chiều: tuân theo qui tắc bàn tay phải.

- Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn ℓ

- Độ lớn:

2. Tác dụng của từ trường lên một đoạn dòng điện thẳng

sinF BI

doan day doan day

F dF Id B

+ Xét một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài ℓ

,I d B

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

+ Xét dòng điện I chạy trong khung dây hình chữ nhật

ABCD (a b), đặt trong từ trường đều B.

+ Hệ tọa độ Oxyz như hình vẽ

(O nằm ở tâm khung dây).

Giả sử khung có trục quay

Oy.

+ 2 cạnh b chịu tác dụng của

2 lực Fb theo phương Oy ngược

chiều nhau

không làm quay khung

3. Tác dụng của từ trường đều lên khung dây có dòng điện

+ 2 cạnh a chịu tác dụng của 2 lực Fa theo phương Ox,

ngược chiều nhau:Ia sinaF B

tạo mômen ngẫu lực

làm quay khung dây.

,B n

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

4. Tác dụng giữa hai dòng điện thẳng song song dài vô hạn

+ Xét hai dây dẫn thẳng song

song dài vô hạn, đặt cách nhau

một khoảng d.

+ Độ lớn của lực tương tác trên

một đoạn có chiều dài ℓ là:

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

0 1 212 1 2 21

2

I IF F B I F

d

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Bài 4. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG

1. Lực Lorentz

+ Xét hạt mang điện tích q chuyển động trong từ trường

LF qv B

- Phương: vuông góc với mặt phẳng

- Chiều: qui tắc bàn tay phải với điện tích q > 0

- Điểm đặt: tại điện tích q.

- Độ lớn:

,v B

sinLF qvB

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

+ Trường hợp 1: Vectơ vận tốc ban đầu của hạt điện tíc

h vuông góc với đường sức từ trường.

- Bán kính quỹ đạo:

- Chu kỳ:

Copyright Trường Vật Lý

+ Trường hợp 2: Vectơ vận tốc ban đầu của hạt điện tíc

h không vuông góc với đường sức từ trường.

- Bán kính vòng xoắn:

- Bước xoắn:

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

2 cos.T

mvh v

q B

Ôn tập: ĐIỆN TỪ

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

6.1

6.2

6.4

6.6

6.9

6.11

6.13

6.14

6.3

6.5

6.7

6.15

Ôn tập: ĐIỆN TỪ

http:// www.truongvatly.blogspot.com Copyright Trường Vật Lý

Mô men lực từ của khung dây kín:

.M NI S B

Độ lớn: .sin ,M NISB S B

+ gợi ý bài toán (6.15) mô men lực từ :