Tóm tắt bài giảng phần Điện-Từ - Chương V: Cảm ứng điện từ - Nguyễn Minh Châu

Nội dung text: Tóm tắt bài giảng phần Điện-Từ - Chương V: Cảm ứng điện từ - Nguyễn Minh Châu

1. Tóm tắt bài giảng phần Điện – Từ của GVC :Nguyễn – Minh – Châu CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ V.1. THÍ NGHIỆM FARADAY: N B + − 1.Thí nghiệm Faraday chứng tỏ: - Đưa thanh nam châm vào trong ống dây thì kim điện kế bị lệch, chứng tỏ có dòng điện cãm ứng xuất hiện trong cuộn dây. - Nếu rút thanh nam châm ra thì kim điện kế bị lệch theo chiều ngược lại, chứng tỏ dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại. - Di chuyển thanh nam châm càng nhanh thì kim điện kế lệch nhiều, chứng tỏ Icứ lớn - Thanh nam châm đứng yên kim điện kế chỉ 0, chứng tỏ Icứ = 0 2. Qua thí nghiệm trên ta kết luận: a. Sự biến đổi từ thông qua mạch kín là nguyên nhân phát sinh ra dòng điện cảm ứng chạy trong mạch. b. Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch biến đổi. c. Cường độ dòng điện cảm ứng tỷ lệ với tốc độ biến đổi của từ thông. d. Chiều của dòng điện cảm ứng chỉ phụ thuộc vào từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm. V.2. ĐỊNH LUẬT LENZ (Xác định chiều của dòng điện cảm ứng) Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường của nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân phát sinh ra nó. r r φ ↑→BBcu ↑↓ r r φ ↓→BBcu ↑↑ V.3. ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ (Xác định suất điện động cảm ứng: ξcứ ) Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số nhưng trái dấu với tốc độ biến đổi của từ thông gửi qua mặt. dφ r r r r ξ =− với dφ = B. dS = B . dS .cos( B , dS ) cu dt V.4. BÀI TẬP CƠ BẢN CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ: • Dạng 1: r r r r - Tính dφ = B. dS = B . dS .cos( B , dS ) ddφ φ - Lập tỷ số: ⇒=−ξ dtcu dt • Dạng 2: r r r r - Tính dφ = B. dS = B . dS .cos( B , dS ) 1
2. Tóm tắt bài giảng phần Điện – Từ của GVC :Nguyễn – Minh – Châu ξ Chú ý: Bài toán cho mạch kín thì I = cu (ℜ: là điện trở tồn mạch) cu ℜ ξ Bl μμ I l ϑ cu ϑ o d l a/. Icu == = B ℜℜ2 π x ℜ r ϑ Icu r ϑ A B ℜ l ξμμϑ I dl+ I cu o ⎛⎞ I cu r b/. Icu == ln ⎜⎟ F ℜℜ2.π ⎝⎠d A cu ℜ x ⊕ ⊕ r r r 2.Trong từ trường B đều: B B r a/ Thanh AB di chuyển tịnh tiến với ϑ : ⊕ r dφ == B dS B l dx r B ϑ ddxφ ξ ==B lBl = ϑ x cu dt dt + − ξ = B l ϑ A B cu Icu b/ Thanh AB quay quanh đầu A với vận tốc ω l r l l 2 r B dφ == B dS B r dr dϕϕ = B d ϑ ∫ 2 0 B dldφϕ2 ω + ξcu ==B Icu dt2 dt A− l 2 ξ = B. ω l cu 2 I V.5. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM: 1. Thí nghiệm hiện tượng tự cảm: Mở K: cuộn dây: I Ỉ 0 , G: kim vượt quá 0 rồi trở về 0 Icu Ia + − Icu Đóng K: cuộn dây: I : 0 Ỉ I, G: kim vượt quá a rồi trở về a Giải thích: r r K *Mở K: φ ↓→BBcu ↑↑ Ỉ Icứ cùng chiều I đi vào − của G: kim lệch quá 0 r r *Đóng K: φ ↑→BBcu ↑↓ Ỉ Icứ ngược chiều I đi ngược trở lại vào đầu + của G: kim lệch quá a 0 a 2. Hệ số tự cảm của cuộn dây: φ a/ Định nghĩa: L = (H) I Cho dòng điện I qua cuộn dây thì cuộn dây có từ thông là φ . φ Tăng I thì φ tăng theo và ngược lại, nhưng tỷ số luôn là hằng số I và gọi là hệ số tự cảm. μμ nS2 b/ L của cuộn dây dài vô hạn: L = o (H) l 3
3. Tóm tắt bài giảng phần Điện – Từ của GVC :Nguyễn – Minh – Châu CHƯƠNG VI: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Dòng điện sinh ra từ trường và từ trường biến đổi theo thời gian sinh ra dòng điện. Vậy giữa dòng điện và từ trường có mối liên hệ tương hỗ, và thực nghiệm đã chứng minh không chỉ dòng điện và từ trường mà cả điện trường và từ trường cũng có mối quan hệ này. Từ những nghiên cứu thực nghiệm, Maxwell đúc kết thành 2 luận điểm gọi là luận điểm thứ I và luận điểm thứ II làm nền tảng cho lý thuyết trường điện từ: thể thống nhất bao gồm cả điện trường và từ trường. VI.1. LUẬN ĐIỂM THỨ I CỦA MAXWELL: 1/ Phát biểu: Bất kỳ 1 từ trường nào biến thiên theo thời gian cũng phát sinh ra 1 điện trường xoáy 2/ Phương trình Maxwell-Faraday: dạng tích phân và vi phân; Công do lực điện trường xoáy thực hiện khi di chuyển 1 điện tích điện dương trên một đường cong kín chính là suất điện động cảm ứng . rrr ddφ r ξ ==−=−Edl BdS cu ∫∫() CSdt dt rrr d r ∫∫E dl=− () B dS CSdt rrrrd ⇒=−∫∫rotE dS() B dS ()SSdt () r r ∂B rotE =− ∂t VI.2. LUẬN ĐIỂM THỨ II CỦA MAXWELL: 1/ Phát biểu: Bất kỳ 1 điện trường nào biến thiên theo thời gian cũng sinh ra từ trường. 2/ Khái niệm về dòng điện dịch Id . Dòng điện dịch là dòng điện tương đương với điện trường biến đổi theo thời gian về phương diện sinh ra từ trường. Dòng điện dịch có cùng chiều và độ lớn với dòng điện dẫn. Iqq1 ∂∂⎛⎞ ∂σ jd == =⎜⎟ = SSt∂∂ tS⎝⎠ ∂ t r r ∂D ∂D ⇒=j Độ lớn: j = d ∂t d ∂t Mà D=D(x,y,z,t), theo Maxwell chỉ có thành phần biến thiên theo thời gian mới sinh ra từ trường. r r ∂D rrr ⇒j = mà D =+ε EP d ∂t 0 e rrr r ∂∂DE∂P j ==ε . +e d ∂∂tt0 ∂t r ∂E ε . : Mật độ dòng điện dịch trong chân không. 0 ∂t 5
4. Tóm tắt bài giảng phần Điện – Từ của GVC :Nguyễn – Minh – Châu r rr EExyzB= (, ,);= 0 • Pt Maxwell đối với trường tĩnh điện: rr r DDxyzH= (, ,);= 0 r divD = ρ r rotE = 0 (Trường thế) r rr BBxyzE= (, ,);= 0 • Pt Maxwell đối với từ trường không đổi: rr r HHxyzD= (, ,);= 0 r divB = 0 r r rotH= j (Định lý Ampère) r rrr E= Exyzt(, ,,); B== Bxyzt (, ,,);ρ 0 • Pt Maxwell đối với sóng điện từ: rr rr r D= Dxyzt(, ,,); H== H (, xyzt ,,); j 0 r r divD = 0 divB = 0 r r r ∂B r ∂D rotE = − rotH = ∂t ∂t • Maxwell giải ra: r r ∂ 2 .E ΔE = ε ε μ μ o o ∂t 2 r r ∂ 2 .B ΔB = ε ε μ μ o o ∂t 2 rr ∂22∂∂2 Tóan tử Laplace: Δ=∇∇=. + + ∂x22∂∂yz2 1 ∂y 2 * Trong Vật lý: Δy = + (pt sóng) c 2 ∂t 2 Phương trình có vô số nghiệm tùy thuộc điều kiện đầu: r r Nghiệm đặc biệt: y= yo .cos(ω t− k . r ) ∂y Δy = k (pt khuếch tán, pt truyền nhiệt) ∂t Ỉ Trường điện từ lan truyền được trong không gian dưới dạng sóng với vận tốc: 1 ϑ = ε εo μ μ o 1 Ỉ Trong chân không: ϑ = = 3.108 m / s εo. μ o c c Ỉ Trong môi trường: ϑ = = ε. μ n Vậy chiết suất môi trường: n = ε. μ 7