Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 1: Trường điện từ - Phạm Thị Hải Miền

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 1: Trường điện từ - Phạm Thị Hải Miền

1. VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 2 TS. Phạm Thị Hải Miền Bộ môn Vật lý Ứng dụng Đại học Bách Khoa Tp.HCM
2. NỘI DUNG MÔN HỌC 1. Trường điện từ. 2. Dao động – sóng. 3. Tính chất sóng ánh sáng. 4. Thuyết tương đối hẹp. 5. Quang lượng tử. 6. Cơ học lượng tử. 7. Vật lý nguyên tử. 8. Vật lý hạt nhân.
3. 1. NHẮC LẠI VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
4. ĐỊNH LUẬT LENZ Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra (từ trường cảm ứng) có xu hướng chống lại sự biến đổi từ thông. 7
5. Luận điểm Maxwell I: Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện một điện trường xoáy. • Điện trường xoáy là điện trường biến thiên theo thời gian (không phải là điện trường tĩnh) và có các đường sức khép kín. • Điện trường xoáy làm các điện tích trong khung dây chuyển động thành dòng kín, tạo nên dòng cảm ứng.
6. 3. LUẬN ĐIỂM MAXWELL THỨ HAI. DÒNG ĐIỆN DỊCH. 11
7. BIỂU THỨC DÒNG ĐIỆN DỊCH dD D • Mật độ dòng điện dịch: jdich , trong đó D là vectơ cảm dt t ứng điện của điện trường biến thiên trong chất điện môi giữa hai bản tụ điện. • Ta có: DEEP 00   e , trong đó Pe là momen lưỡng cực điện của phân tử điện môi. E Pe jdich 0 tt Pe Số hạng t biểu thị mật độ dòng điện dịch gây ra bởi sự dịch chuyển và quay định hướng của các lưỡng cực điện trong chất điện môi dưới tác dụng của điện trường biến thiên . E • Trong chân không ( = 0, ε=1 ): j  dòch 0 t Chân không:
8. DÒNG ĐIỆN TOÀN PHẦN • Dòng điện xoay chiều chạy trong dây dẫn làm xuất hiện điện trường biến thiên. Do đó, trong dây dẫn có cả dòng điện dẫn và dòng điện dịch, gọi là dòng điện toàn phần: D j j j  E toaønphaàn daãn dòch t • Trong môi trường dẫn điện tốt (ví dụ kim loại), tần số biến thiên của điện trường nhỏ thì jdòch jdaãn • Trong môi trường dẫn điện kém (điện môi), tần số biến thiên của điện trường lớn thì jdaãn jdòch • Cường độ dòng điện toàn phần: D I j .dS j .dS toaønphaàn toaønphaàn daãn S S t 15
9. BÀI TẬP VÍ DỤ 1 Một tụ điện phẳng có khoảng cách giữa hai bản là 5 mm, hằng số điện môi ε=2. Tụ được mắc vào một hiệu điện thế u=220sin100πt (V). Tìm biểu thức mật độ dòng điện dịch. Hƣớng dẫn giải DE Ta có: j  d tt0 u Mặt khác: E d  u   jt 00220.100 .cos100 d d t d 2,4.10 42 cos100 t ( A / m ) 17
10. 4. TRƢỜNG ĐIỆN TỪ VÀ HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL. 19
11. HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL DƢỚI DẠNG TÍCH PHÂN Phương trình Ý nghĩa vật lý B Từ trường biến thiên làm xuất hiện  E. dl dS điện trường xoáy CS t B.dS 0 Từ thông có tính bảo toàn (đường S sức từ khép kín) Điện trường biến thiên làm xuất hiện D H.dl j .dS từ trường biến thiên daãn l S t Thông lượng cảm ứng điện gửi qua D.dS q .dV mặt kín S bằng tổng đại số các điện S V tích trong mặt đó.
12. SÓNG ĐIỆN TỪ • E và B vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền. • và dao động cùng pha , cùng tần số. E 1  0 E 0 H B 00  v   n • Bước sóng:  ' vT 12 fn 21n 1 cc • Tốc độ truyền sóng điện từ: v 00   n Trong đó: c =3.108 m/s – vận tốc sóng điện từ trong chân không. λ=cT=c/f – bước sóng điện từ trong chân không. λ’ – bước sóng điện từ trong môi trường chiết suất n. T và f – chu kỳ và tần số của sóng điện từ • Bước sóng, vận tốc truyền sóng thay đổi theo chiết suất môi trường. Còn tần số, chu kì không phụ thuộc chiết suất môi trường truyền sóng23 .
13. BÀI TẬP VÍ DỤ 3 Vecto cường độ điện trường của một trường điện từ có dạng: 8 E( z , t ) 15cos(6 t 4 z .10 ) ex Tìm biểu thức của vecto cường độ từ trường của trường điện từ trên. Hƣớng dẫn giải Biểu thức E cho ta biết trường điện từ truyền theo trục Oz, điện trường dao động theo phương Ox. Do đó từ trường sẽ dao động theo phương Oy và biểu thức cường độ từ trường sẽ có dạng: 8 H( z , t ) H0 cos(6 t 4 z .10 ) ey 25
14. CÁCH 2: Sử dụng biểu thức 00EH  BEE 1 Suy ra: 0 0 Ev 0B B0  0  0 Cường độ điện trường có thể được biểu diễn dưới dạng: 8 Ezt( , ) 15cos(6 t 4 z .10 ) eExx 0 cos  tkze  Với k gọi là số sóng. Ở bài này km 4 .10 81 ( ) v E  6 Do đó: 0 7 v 8 15.10 Bk0 4 .10 E B 0 10 7 B 10 7 cos(6 t 4 z .10 8 ) e 0 15.107 y 7 B 10 8 H cos(6 t 4 z .10 ) ey 00   27
15. BÀI TẬP VÍ DỤ 4 Mạch dao động của máy thu sóng vô tuyến có tụ điện với điện dung C và cuộn cảm với độ tự cảm L, thu được sóng điện từ có bước sóng 20 m. Để thu được sóng điện từ có bước sóng 40 m, ta phải mắc song song với tụ điện của mạch dao động trên một tụ điện có điện dung C’ bằng bao nhiêu? Hƣớng dẫn giải Ta có: 1 2 c LC 1 ,  2 2 c LC 2  C C 22 2 24 11C1 C CC ' 4 CC ' 3 C 29