CHƯƠNG
14:       
TỪ  TRƯỜNG

IV.
ÐỊNH LUẬT AMPÈRE

               

1 Khái niệm về lưu số

TOP

 

               

2
Lưu số của véctơ cảm ứng từ dọc theo một đường cong kín

TOP

        
Ðể đơn giản, chúng ta hãy xét lưu số của véctơ cảm
ứng từ của một dòng điện thẳng dài vô hạn, có cường độ
I. Ta xét một đường cong kín (L) phẳng bao quanh dòng điện (Hình
14.16) Trên đường cong L ta chọn một chiều dương. 

trong
đó IK mang dấu dương nếu nó liên hệ với chiều dương của đường
cong L theo qui tắc vặn nút chai và ngược lại. Ðây là nội dung
của định luật Ampere; Nó cho thấy lưu số của cảm ứng từ
theo một đường cong kín nói chung là khác không trong khi đó 
lưu số của điện trường tĩnh thì luôn luôn bằng không. 
Ðiều đó nói lên sự khác nhau cơ bản giữa điện trường
và từ trường. 

           
3. Thí dụ áp dụng

TOP

        
Từ
định luật Ampere (14.20), ta có thể tính từ trường của một  dòng điện nào đó theo các bước sau: chọn một
đường cong kín L để tính lưu số củaĠdọc theo L, sau đó tìm
tổng số cường độ dòng xuyên qua L, cuối cùng cân bằng hai
biểu thức để tính giá trị của B.

 

V. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ÐIỆN

TOP

Khi
có dòng điện đặt trong từ trường thì dòng điện đó chịu tác
dụng của lực từ trường. Lực nầy phụ thuộc vào hình dạng
của dòng điện và vị trí của nó trong từ trường. Ta hãy xét tác
dụng của từ trường lên một số dòng điện có dạng đơn
giản:

          

1
Tác dụng của từ trường lên một nguyên tố dòng điện

TOP

             

2
Tác dụng của từ trường lên một điện tích chuyển động

TOP

  
Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động được
Lorentz xác định đầu tiên, cho nên công thức (14.24) còn được
gọi là công thức Lorentz. Ðiều cần chú ý làĠ là vận tốc
trung bình của chuyện động định hướng của điện tích, song công
thức Lorentz vẫn đúng trong trường hợpĠ là vận tốc riêng của
điện tích đó. 

             

3
Tác dụng tương hỗ giữa hai dòng điện thẳng song song, dài
vô hạn

TOP

        
Cho
hai dây dẫn song song, dài vô hạn, cách 
nhau một đoạn d có dòng điện lần lượt là I1 và I2 chạy
qua. Mỗi dòng điện sẽ nằm trong từ trường của dòng điện kia,
nên nó chịu tác dụng của lực từ. Hai dòng điện tác dụng
lực lên nhau.

   
Cảm ứng từ của dòng điện I1 gây ra tại điểm đặt dòng
điện I2 là:

Vậy
ta kết luận: nếu hai dòng điện I1 và I2 cùng chiều thì chúng hút
nhau và nếu chúng ngược chiều thì chúng sẽ đẩy nhau.

          
4 Tác dụng của từ trường lên dòng điện kín

TOP

VI. SỰ TỪ HÓA

TOP

          
1 Véctơ từ hóa

TOP

       
Khi từ môi chưa bị từ hóa, các mômen từ phân tử phân
bố hỗn loạn, nên tác dụng từ của chúng triệt tiêu lẫn nhau.
Nếu đặt từ môi vào trong từ trường thì các mômen từ phân
tử sắp xếp theo hướng của từ trường. Vì vậy, khi vật bị
từ hóa nó bao gồm một hệ thống các dòng điện phân tử được
định hướng (Hình 14.23). Toàn bộ vật có mômen từ bằng tổng
tất cả mômen từ phân tử, cường độ từ trường trong từ môi
càng mạnh thì những dòng điện phân tử được định hứơng càng
mạnh vì thế tổng mômen từ phân tử trong một đơn vị thể tích
càng lớn. Vậy véctơ từ hóaĠ của một chất là tổng tất cả
mômen từ phân tử trong một đơn vị thể tích, ta có:

                                        

          

2
Cường độ từ trường trong từ môi

TOP

  

 

VII.
DÒNG ÐIỆN PHÂN TỬ

TOP

Như
ta biết mọi nguyên tử đều cấu tạo bởi hạt nhân mang điện dương
và các electron mang điện âm. Nguyên tử 
hầu như tập trung toàn bộ khối lượng tại hạt nhân. Ở
điều kiên bình thường nguyên tử trung hòa về điện, nghiã là
số electron bằng số prôton trong hạt nhân. Ðiện tích hạt nhân và
số electron trong nguyên tử có liên hệ mật thiết với vị trí
của nguyên tố trong Bảng tuần hoàn. Một nguyên tố có số thứ
tự là Z thì điện tích ở hạt nhân là +Ze ( e: điện tích của
electron).

          
Vì các electron trong nguyên tử chuyển động không ngừng, và
một cách gần đúng, có thể xem các electron chuyển động quanh
hạt nhân theo những quỹ đạo tròn hay elip tương tự như chuyển
động của hành tinh xung quanh mặt trời. Mỗi electron trong nguyên
tử chuyển động theo những quỹ đạo khác nhau. Chúng quay trên các
quỹ đạo với tần số rất lớn (30( rad/s). Chuyển động của điện
tử như vậy có thể xem như một dòng điện kín.

      
Trong Cơ học lượng tử, người ta tìm được kết qủa tương
tự và chứng minh rằng electron trong nguyên tử chỉ chuyển động
theo những quỹ đạo dừng xác định 
với mômen xung lượng bằng : 

 

VÀ NGHỊCH
TỪ

VIII. THUẬN TỪVÀ NGHỊCH TỪ

TOP

Ðể kiểm chứng ta làm
thí nghiệm sau: Treo một ống thuỷ tinh đựng đầy dung dịch
Clorua sắt và đặt nó vào giữa hai cực của một nam châm điện
thì ống sẽ nằm dọc theo đường cảm ứng từ (Hình 14.26). Ðặt
một nhánh của ống hình chữ U có chưá dung dịch Clorua sắt sao
cho trong ống thí nghiệm có mức dung dịch thấp hơn mức ngang
của hai cực của một nam châm điện. Khi nam châm điện hoạt động,
ta sẽ thấy mực dung dịch ở nhánh đó dâng cao lên (hình 14.27).

Nếu
ta nhúng ông thuỷ tinh đựng dung dịch Clorua sắt vào một bình khác
cũng đựng dung dịch nầy nhưng đậm đặc hẳn rồi đưa vào
giữa thanh nam châm  thì ống sẽ bị đẩy nằm ngang giống như chất
nghịch từ (Hình14.28)

      
Ðể làm thí nghiệm về nghịch từ, ta dùng một chiếc đũa
bằng Bismut treo ở trong từ trường giữa hai cực của nam châm thì
thấy đũa bị đẩy ra miền từ trường yếu và nằm vuông góc
với phương của từ trường (Hình 14.29)

          
1 Hiệu ứng nghịch từ

TOP

          

2
Giải thích sự từ hóa của chất nghịch từ

TOP

 

 

          

3
Giải thích sự từ hóa của chất thuận từ

TOP

   
Chất thuận từ là những chất có mô men từ nguyên tử khác
không

Khi
chưa có từ trường ngoài, do chuyển động nhiệt nên các mômen
từ nguyên tử sắp xếp hoàn toàn hỗn loạn không có phương ưu
tiên vì vậy mômen từ tổng hợp trong toàn bộ vật thuận từ
bằng không và vật không có tính từ tính.

 

TRỌNG
TÂM ÔN TẬP

***&&&***

1.     
Nêu một vài thí nghiệm về tương tác từ. Ðịnh luật
Ampere về tương tác từ của các phần tử dòng điện, dòng điện
trong chân không và các môi trường. Nguyên lý chồng chất từ trường.

2.     
Khái niệm từ trường, véc tơ cảm ứng từ, cách tính vận
tốc cảm ứng từ (tính với dòng điện thẳng) vận tốc cường
độ từ trường. Nguyên lý chồng chất, đơn vị.

3.     
Ðường cảm ứng từ, tính chất, sự khác nhau giữa đường
cảm ứng từ và đường sức điện trường. Từ thông và Ðịnh
luật Ostrogradsky-Gauss.

4.     
Lưu số của véctơ cường độ từ trường H. Ðịnh lý về
lưu số. Ứng dụng định lý về lưu số để tính cảm ứng từ
trong cuộn hình xuyến, cuộn Xôlenoit.

5.     
Biểu thức lực Lorentz, qui tắc bàn tay trái. Lực từ tác
dụng lên khung dây không co giãn, cách tạo ra động cơ điện.

6.     
Sự từ hóa. Véctơ từ hóa, cảm ứng từ trong các môi trường.

 

CÂU
HỎI ĐIỀN THÊM

***&&&***

1.     
Nguyên nhân cơ bản làm xuất hiện từ trường là …..

2.     
Một điện tử chuyển động cũng tạo ra trong không gian xung
quanh….

3.     
Tính chất đặc trưng của các đường cảm ứng từ là ….

4.     
Lưu số của véc tơ cường độ từ trường dọc theo một
đường cong kín bằng…..

5.     
Muốn cho từ thông qua một mạch thay đổi ta thay đổi…..

6.     
Khi đặt khung dây không co dãn, có dòng điện chạy qua vào
trong từ trường đều ta thấy…..

7.     
Véc tơ ….. đặc trưng cho từ trường tại từng điểm và
không phụ thuộc vào môi trường.

8.     
Ðường sức điện trường khác với đường cảm ứng từ
cơ bản là…..

9.     
Ðiện tử chuyển động trong từ trường đều sẽ có qũy
đạo là…..

 

BÀI
TẬP

***&&&***

1.      
Một cuộn dây hình trụ bán kính R, quấn n vòng dây điện
kế sát nhau. Cho dòng điện có cường độ I chạy qua. Tìm 
cảm ứng từ tại một điểm M nằm trên trục của cuộn dây
cách hai đầu của cuộn dây những đoạn h và h.

2.      
Một dòng điện có cường độ I chạy qua dây dẫn uốn thành
hình chữ nhật có các cạnh là a và 2a. Xác định cảm ứng từ
tại tâm O của hình chữ nhật.

3.      
Một đoạn dây dẫn có đường kính là 1mm. Quấn thành một
dãy sao cho từ trường bên trong ống là đều và có giá trị là
3.10- 2 T. Cường độ của dây điện chạy qua là 6A. Hỏi phải
quấn mấy lớp dây điện lên ống nếu các ống dây và các vòng
dây quấn sát nhau.

4.      
Một electron chuyển động với vận tốc là 108 m/s vào trong
một mặt phẳng vuông góc với các đường sức của một từ trường
đều có độ lớn là 1,5.10-2 T.

a)     
Tính độ lớn lực từ tác dụng lên electron.

b)     
Chứng minh rằng quỹ đạo của các electron là một hình tròn.
Tìm độ lớn bán kính của hình tròn đó.

c)     
Tính động năng của hạt electron.

 

PHÂN
TÍCH NHỮNG CÂU PHÁT BIỂU ĐUÚG SAI

***@@@***

1.     
Nếu dòng điện có cường độ thay đổi theo thời gian thì
từ trường của nó tạo ra tại một điểm xác định nào đó là
không đổi.

2.     
Các điện tử trong nguyên tử luôn chuyển động nên luôn có
lực tương tác từ giữa các điện tử đó.

3.     
Trong chân không hằng số điện c là hằng số từ.

4.     
Từ thông qua một mặt kín S có điện tích càng lớn thì giá
trị của nó càng lớn.

5.     
Bên ngoài một ống hình xuyến có dòng điện chạy qua, véc
tơ cường độ từ trường bằng không.

6.     
Nhân hằng số điện với hằng số từ ta được bình phương
của vận tốc của ánh sáng.

7.     
Từ thông qua một mặt kính trong từ trường bằng tổng dòng
điện chạy qua mạch.

8.     
Từ trường qua một ống dây thì tỷ lệ với số dòng dây
và cường độ dòng điện qua nó.

9.     
Ðặt hai dòng dây có hình dạng giống nhau có cùng cường độ
I chạy qua nhưng theo chiều ngược nhau thì không tạo ra từ trường.

10. 
Véc tơ cảm ứng từ luôn hướng từ cực bắc của nam châm
này tới cực nam của nam châm kia.

11. 
Càng có nhiều dòng điện đi qua một đường cong kín C trong
từ trường thì lưu số của H qua đường cong kín đó càng lớn.

 

CÂU
HỎI TRẮC NGHIỆM