Vật lý đại cương 2

TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN

§1 ĐIỆN TÍCH – ĐỊNH LUẬT COULOMB

1.1 Điện tích của vật nhiễm điện

- Có 2 loại điện tích âm và dương

Vật chỉ có thể nhiễm điện âm hoặc dương tùy thuộc vào số lượng electron và proton Nếu vật có số electron nhiều hơn số proton, nó sẽ nhiễm điện âm; ngược lại, nếu số electron ít hơn số proton, vật sẽ nhiễm điện dương Điều này xảy ra vì electron mang điện tích âm, trong khi proton mang điện tích dương, và độ lớn điện tích của electron bằng độ lớn điện tích của proton.

- Hai vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau, nhiễm điện khác loại thì hút nhau

- Điện tích của một vật bất kì luôn là bội của “điện tích nguyên tố” (e = 1,6.10 -19 C)

1.2 Chất dẫn điện, chất cách điện

Về phương diện điện, các chất được chia làm các dạng sau:

Có các điện tích (electron, ion) di chuyển tự do Ví dụ: kim loại, các chất điện phân…

1.2.2 Chất cách điện (điện môi)

Là chất mà không có các điện tích di chuyển tự do.Ví dụ: thuỷ tinh, nhựa, nước tinh khiết,…

1.2.3 Chất (hợp chất) bán dẫn

Chất bán dẫn đơn chất được hình thành từ các nguyên tố thuộc phân nhóm chính IV trong bảng tuần hoàn Chúng được chia thành hai loại: chất bán dẫn đơn chất tinh khiết và chất bán dẫn đơn chất có pha tạp chất Trong đó, chất bán dẫn có pha tạp chất lại được phân loại thành bán dẫn loại n và bán dẫn loại p Ngoài ra, các chất bán dẫn hợp chất như GaAs, CdTe, ZnS và nhiều ô xít, sunfua, sêlenua, telurua cũng được sử dụng, cùng với một số loại polymer.

1.3 Thuyết điện tử và giải thích sự nhiễm điện của vật dẫn

Vật chất được hình thành từ các nguyên tử, trong đó mỗi nguyên tử bao gồm một hạt nhân mang điện tích dương và các electron quay xung quanh Ở trạng thái bình thường, nguyên tử có điện tích trung hòa.

- Khi nguyên tử mất electron, nó mang điện tích dương (ion dương) Khi nguyên tử nhận electron, nó mang điện tích âm (ion âm)

- Các electron có thể chuyển động tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, từ vật này sang vật khác gây ra sự nhiễm điện của vật

Thuyết giải thích các hiện tƣợng điện dựa vào sự di chuyển của các electron gọi là thuyết điện tử

1.3.2 Ứng dụng thuyết điện tử giải thích một số hiện tượng

- Vật dẫn là kim loại: Trong kim loại, các electron có thể chuyển động tự do (e dẫn) vì vậy kim loại có tính dẫn điện

Điện môi là chất mà trong đó các electron bị ràng buộc chặt chẽ với các ion tại các nút mạng, dẫn đến việc chúng không thể di chuyển tự do Do đó, điện môi không có khả năng dẫn điện.

Nhiễm điện do cọ xát xảy ra khi tấm thủy tinh được cọ xát vào lụa, dẫn đến sự chuyển giao electron từ thủy tinh sang lụa Kết quả là tấm thủy tinh thiếu electron và mang điện dương, trong khi lụa thừa electron và mang điện âm.

Khi thanh kim loại A chưa nhiễm điện tiếp xúc với thanh B mang điện âm, một số electron từ B sẽ chuyển sang A, khiến thanh A cũng tích điện âm giống như thanh B.

Hình 1.1: Nhiễm điện do hưởng ứng

- Nhiễm điện do hưởng ứng

Khi thanh kim loại B trung hòa điện được đặt gần vật A nhiễm điện âm, các electron trong thanh kim loại B sẽ bị đẩy ra xa vật A Kết quả là, đầu thanh kim loại B xa vật A sẽ thừa electron và nhiễm điện âm, trong khi đầu gần vật A sẽ thiếu electron và nhiễm điện dương Do đó, sự nhiễm điện do hưởng ứng thực chất là sự phân bố lại điện tích trong thanh kim loại.

1.4 Định luật bảo toàn điện tích

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số điện tích của hệ không thay đổi (đƣợc bảo toàn) : q i = const

2 ĐỊNH LUẬT COULOMB Điện tích điểm: Là các vật tích điện có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa chúng (khoảng cách khảo sát)

2.1 Định luật Coulomb trong chân không

Với F  12 là lực do q 1 tác dụng lên q 2

F 21 là lực do q 2 tác dụng lên q 1

12 r r là véctơ đơn vị hướng từ q 1 tới q 2

- Khi q 1 q 2 > 0 (hai điện tích cùng dấu): F  12 cùng chiều r 12

- Khi q 1 q 2 < 0 (hai điện tích trái dấu): F  12 ngƣợc chiều r 12

 : hằng số điện, trong hệ SI  0 8,85.10  12 C/Nm 2 , k = 9.10 9 Nm 2 /C 2 q 1 q 2

Hình 1.2: Tương tác giữa các điện tích điểm

2.2 Định luật Coulomb trong môi trường bất kì () Độ lớn: F = 1 2 2

 là hằng số điện môi,  chỉ phụ thuộc môi trường đặt điện tích, hằng số điện môi

Hằng số điện môi phản ánh mức độ giảm lực tương tác giữa các điện tích khi chúng được đặt trong môi trường điện môi so với trong chân không.

2.3 Nguyên lý chồng chất lực điện

Khi điện tích q 0 đặt trong hệ điện tích điểm q1, q 2 , …, qn lực tĩnh điện tác dụng lên q 0 là:

F  F F  F  F (1.3) Với F i là lực tĩnh điện do q i tác dụng lên điện tích q 0

Khi tính toán lực tương tác giữa hai quả cầu tích điện được đặt cô lập, cần lưu ý rằng các công thức (1.1), (1.2) và (1.3) chỉ áp dụng khi r là khoảng cách giữa tâm của hai quả cầu.

2.4 Ứng dụng của sự tương tác giữa các điện tích

- Máy lọc bụi, thiết bị thu gom tro bụi trong ống khói các nhà máy

- Phun sơn tĩnh điện, máy in phun tĩnh điện, máy photocopy

- Bao gói thực phẩm… §2 ĐIỆN TRƯỜNG

Hai điện tích điểm q1, q 2 đặt gần nhau, chúng tương tác điện với nhau Bản chất sự tương tác giữa các điện tích là gì?

Michael Faraday, nhà bác học người Anh, là người đầu tiên giới thiệu khái niệm về điện trường, định nghĩa nó là dạng vật chất bao quanh các hạt mang điện và có khả năng tác động lực lên các điện tích khác nằm trong điện trường đó.

Khi hai điện tích q1 và q2 đặt gần nhau, điện tích q1 tạo ra một điện trường xung quanh nó, ảnh hưởng đến điện tích q2 bằng lực F12 Đồng thời, điện tích q2 cũng tạo ra một điện trường, tác động trở lại lên q1 với lực F21 Sự tương tác này giữa các điện tích thông qua điện trường là bản chất của hiện tượng điện.

2 VÉCTƠ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG Đặt các điện tích điểm q 1 , q 2 ,…, q n tại cùng một điểm trong điện trường, khi đó lực tác dụng lên chúng lần lƣợt là F F F n

Véctơ cường độ điện trường E  tại một điểm biểu thị tác dụng lực của điện trường Định nghĩa này thể hiện rằng E  đo bằng lực mà điện trường tác động lên một đơn vị điện tích dương (+) được đặt tại vị trí đó.

Trong hệ SI, cường độ điện trường được đo bằng đơn vị Vôn trên mét (V/m) hoặc Newton trên Coulomb (N/C) Khi một điện tích q được đặt trong vùng có cường độ điện trường, điện trường sẽ tác động lên điện tích này một lực theo công thức F = qE.

Nhận xét: nếu q>0 thì FE nếu q 0 hướng vào gần q nếu q < 0

+ Điểm đặt: tại điểm ta xét (M)

4 ĐIỆN TRƯỜNG DO HỆ ĐIỆN TÍCH GÂY RA

* Với hệ điện tích điểm

Xét điểm M trong hệ điện tích điểm q1, q 2 ,…, qn Lực tác dụng lên điện tích thử q 0 đặt tại M: F   F  1  F  2    F  n   F  i

(1.6) đây là nguyên lí chồng chất điện trường

* Điện trường gây bởi một vật mang điện (hệ điện tích phân bố liên tục)

Hình 2.1: Vectơ cường độ điện trường tại một điểm

Chia vật thành các yếu tố vi phân dV mang điện tích dq Khi đó ta coi dV nhƣ một điện tích điểm mang điện tích dq r r

- Vật mang điện là một dây dài l, mang mật độ điện tích dài là ,

- Vật mang điện là mặt S có mật độ điện tích mặt là  , ( Q

- Vật mang điện dạng khối có thể tích V, mật độ điện tích khối là ,( )

Hình 2.2: Điện trường gây bởi một vật mang điện

5 THÍ DỤ VỀ XÁC ĐỊNH VÉCTƠ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG E 

5.1 Xác định E của một lƣỡng cực điện

Lƣỡng cực điện là hệ gồm hai điện tích điểm (q, -q) đặt cách nhau khoảng d (d

0)

Véctơ moment lƣỡng cực (moment điện): P e

Cho một lưỡng cực điện, xác định véctơ cường độ điện trường tại A nằm trên trung trực của lƣỡng cực và B nằm trên trục của lƣỡng cực

Xét điểm A nằm trên trung trực của lƣỡng cực và cách lƣỡng cực đoạn r A

E A có phương song song với trục lƣỡng cực, ngƣợc chiều d

Hình 2.3: Véctơ mômen lƣỡng cực điện

Hình 2.4: Điện trường gây bởi lưỡng cực điện

Xét tại điểm B nằm trên trục của lƣỡng cực, cách O đoạn r B

5.2 Điện trường do một dây dẫn thẳng, dài vô hạn, tích điện đều mật độ dài là 

Chia dây thành các yếu tố vi phân độ dài dx, với điện tích dq = .dx Điện trường tại điểm M do dq gây ra được biểu diễn là dE, bao gồm thành phần dE và dE .

Do tính đối xứng trục, với mỗi dx đã chọn luôn tồn tại một dx ’ sao cho thành phần điện trường theo phương song song với dây dẫn bằng 0

E  có phương vuông góc với dây dẫn, chiều hướng ra xa dây dẫn ( 0) Độ lớn: E = dE dEcos

Hình 2.5: Điện trường gây bởi một dây dẫn thẳng, dài vô hạn, tích điện đều

Từ x = r.tg , đổi biến số ta có: E = 

5.3 Điện trường do một đĩa tròn tích điện đều mật độ điện tích mặt là 

Xác định E  tại điểm M trên trục đĩa tròn bán kính R, cách tâm đoạn h

Chia đĩa tròn thành các yếu tố vi phân diện tích dS, mang điện tích là dq

Trong hệ toạ độ trụ: dS = .d.d

Do tính đối xứng, ta luôn chọn đƣợc

S d đối xứng với dS để thành phần điện trường theo phương vuông góc với trục đĩa bằng 0 (E  0

Khi đó: E  A có phương trùng với trục của đĩa và độ lớn bằng

Hình 2.6: Điện trường gây bởi một đĩa tròn tích điện đều

     (giống như điện trường của một điện tích điểm)

- Khi điểm A rất sát đĩa tròn (h 0 và  1

Với dung dịch điện phân: < 0 (Điện trở giảm đi khi nhiệt độ tăng lên)

Khi nhiệt độ giảm xuống dưới một mức nhất định gọi là nhiệt độ tới hạn (T C), điện trở của vật dẫn sẽ giảm đột ngột về 0 T C khác nhau tùy thuộc vào từng loại vật dẫn, và đối với các đơn chất, T C thường ở mức vài Kelvin.

Ví dụ thủy ngân có T C = 4,15K

2 ĐỊNH LUẬT OHM (DẠNG VI PHÂN)

Xét một điểm khảo sát M trong vật dẫn, ta chọn một trụ nhỏ có đáy là dS và chiều dài dl, với mật độ dòng điện là J.

Điện trở của trụ là: dS

Hiệu điện thế đặt vào hai đáy là dU

Theo định luật Ohm: dl j dU dS dl dS dU j  

1 gọi là điện trở suất    m  1

Mặt khác: E dl dU  (Cường độ điện trường tại điểm M)

Hình 10.1: Hiện tƣợng siêu dẫn

 (4.19) (4.19) là biểu thức định luật Ohm dạng vi phân

3 ĐỊNH LUẬT OHM TỔNG QUÁT

Xét hai vật dẫn A và B tích điện trái dấu

Khi nối A và B bằng dây dẫn M, dòng điện sẽ chạy qua M nhưng nhanh chóng tắt Để duy trì dòng điện lâu dài, cần cung cấp điện tích dương từ B, nơi có điện thế thấp.

A (có điện thế cao) ngƣợc chiều điện trường, cần một lực “lạ” F F dt

Nguồn tạo ra lực lạ gọi là nguồn điện có véctơ q

E  * gọi là véctơ cường độ trường lực lạ

3.2 Suất điện động của nguồn điện Định nghĩa:

Suất điện động của một nguồn điện có giá trị bằng công của lực lạ làm di chuyển một điện tích + 1(C) một vòng quanh mạch kín của nguồn đó

- Dạng khác: trong mạch kín: j

Bên trong nguồn điện (AB): E * 0 nên

 * r : điện trở trong của nguồn

- Khi trong mạch có lực lạ (nguồn điện) Định luật Ohm tổng quát (dạng vi phân)

Với E là véctơ cường độ trường tĩnh điện

Nhƣ vậy: Trong nguồn điện, E  * ngƣợc chiều E  nhưng E * > E nên các điện tích dương dịch chuyển về A, duy trì dòng điện lâu dài

3.3 Định luật Ohm tổng quát

Chuyển (4.23) về dạng tích phân

Xét hình 10.3, trên đoạn 1-2 tách (tưởng tượng) một đoạn mạch nhỏ (dl,dS) sao cho coi J  , E  , E  * là không thay đổi

Hình 10.3: Đoạn mạch chứa nguồn điện một chiều r

 là hiệu điện thế đoạn 1-2

  (điện trở đoạn vật dẫn 1 - 2)

 E dl là lưu số của cường độ trường lực lạ trên đoạn 1 - 2

 E  d l  là suất điện động của nguồn trong đoạn 1 - 2

(4.24) I.R 12 V 1 V 2  12 (4.25) (định luật Ohm tổng quát )

* Định luật Ohm tổng quát cho đoạn mạch có nhiều nguồn, nhiều điện trở:

- Các trường hợp đặc biệt:

Khi đoạn mạch không có nguồn  i 0; I  R i  U 12 (4.28)

(Định luật Ohm cho mạch thuần trở)

Quy tắc dấu khi sử dụng định luật Ohm tổng quát

Khi áp dụng công thức (4.26) cho đoạn mạch 1-2 trong một mạch kín, trước tiên cần xác định chiều thuận của đoạn mạch Nếu chiều thuận được chọn từ 1 đến 2, thì

Viết U 12 = V 1 - V 2 tức là điện thế gốc chiều thuận trừ điện thế ngọn chiều thuận Nếu I đi từ 1 đến 2 thì I mang dấu dương và ngược lại

Nếu chiều thuận gặp cực âm trước thì

 i lấy dấu dương và ngược lại

Ví dụ 1: Xét hình 10.3, áp dụng định luật Ohm tổng quát ta có:

Ví dụ 2: Trên hình 10.4 xét đoạn AB, giả sử chiều thuận cùng chiều I nhƣ hình vẽ Áp dụng định luật Ohm tổng quát ta có:

3.4 Định luật Ohm cho mạch kín

Mạch kín có điểm 1 trùng điểm 2 nên: V 1  V 2  0

Ví dụ 3: Hình 10.4: Ta có V 1  V 2  0 Áp dụng định luật Ohm tổng quát ta có:

Hình 10.4: Hình vẽ ví dụ 2 và ví dụ 3 §11 QUY TẮC KIRCHHOFF

Xét mạch điện phân nhánh nhƣ hình 11.1

Nhánh điện là một đoạn mạch bao gồm một hoặc nhiều phần tử như nguồn, điện trở, và máy thu được mắc nối tiếp Trong mỗi nhánh, dòng điện chảy theo một chiều với trị số ổn định.

Nút mạng (nút): là điểm giao ít nhất của 3 nhánh

Mắt mạng (vòng kín): là tập hợp các nhánh liên tiếp nhau tạo thành một mạch kín

Để tính toán dòng điện trong các nhánh của mạch điện phức tạp, phương pháp hiệu quả nhất là sử dụng quy tắc Kirchhoff Quy tắc này được phát triển dựa trên định luật Ohm tổng quát và nguyên tắc bảo toàn điện tích.

2.1 Quy tắc Kirchhoff I: (Quy tắc về nút)

Phát biểu: Tổng các cường độ dòng điện đi vào một nút bất kì bằng tổng các cường độ dòng điện đi ra khỏi nút đó

2.2 Quy tắc Kirchhoff II (Quy tắc về mắt mạng)

Trong một mắt mạng bất kì tổng đại số các suất điện động bằng tổng đại số các độ giảm thế I(R+r) của các nhánh trong mắt đó

Chú ý: dấu của các đại lượng trong phương trình tuân theo quy ước dấu của định luật Ohm tổng quát

Ví dụ xét mắt mạng ABDA

Chọn chiều đường đi f (cùng chiều kim đồng hồ) cho mắt mạng ABDA xác định như hình 11.1

Cộng các vế ta có:

2.3 Cách giải bài toán mạch điện theo phương pháp quy tắc Kirchhoff

Giả định chiều dòng điện trong từng nhánh và cách mắc cực của các nguồn chưa xác định Lựa chọn một chiều thuận cho mỗi mắt mạng, có thể là cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

Để xác định số ẩn số cần tìm, giả sử ẩn số đó là n, ta sẽ thiết lập một hệ gồm n phương trình độc lập Trong trường hợp mạng có m nút, cần viết ra m-1 phương trình cho các nút, và số phương trình còn lại sẽ là [n-(m-1)] để giải quyết cho các mắt mạng.

Khi viết phương trình cho mỗi mắt mạng ta tuân theo quy tắc dấu của định luật Ohm tổng quát

* Giải hệ các phương trình

- Nếu I > 0; ζ > 0 (trường hợp phải giả sử cực của nguồn), chiều giả định là đúng

- Nếu I < 0; ζ < 0 chiều dòng điện thực là chiều ngƣợc lại với chiều giả định

Ví dụ :Cho mạch có sơ đồ:

2 và cách mắc cực của nó vào a, b để I2 = 2A và chiều tới nút A

Giả sử I 1 , I 3 có chiều nhƣ hình 11.2; (a) mắc với cực âm của nguồn  2 , (b) mắc với cực dương của nguồn  2 ; Chọn f 1 , f 2 như hình 11.2 f 1 f 2

Hình 11.2: Ví dụ áp dụng quy tắc

Nhƣ vậy: I 1 chạy theo chiều ngƣợc lại và có độ lớn 1,8A

2 mắc theo chiều ngƣợc lại (b) mắc với cực (-) của nguồn và có độ lớn 7,2V §12 CÔNG, CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN

1.1 Định luật Joule - Lenz với dòng điện không đổi

Vào năm 1843, hai nhà khoa học Lenz, viện sỹ viện hàn lâm Peterburg của Nga, và Joule, chủ một hãng rượu bia lớn ở Anh, đã cùng thực hiện các thí nghiệm và phát hiện ra một định luật quan trọng trong lĩnh vực nhiệt động lực học.

Khi có dòng điện không đổi chạy qua vật dẫn, làm vật dẫn nóng lên, toả ra nhiệt lƣợng là Q t I R

(4.33) là nội dung định luật Joule - Lenz cho dòng điện không đổi

Theo định luật Ohm ta có thể viết:

1.2 Định luật Joule-Lenz với dòng điện biến thiên theo thời gian

Thay I bằng i, nhiệt lƣợng vật dẫn R toả ra sau thời gian t:

Công suất toả nhiệt trên vật dẫn: P 2

Định luật Joule-Lenz dạng vi phân mô tả sự tỏa nhiệt tại các điểm khác nhau trên vật dẫn thông qua đại lượng mật độ công suất nhiệt (w) Cụ thể, công suất nhiệt tỏa ra trong một đơn vị thể tích của vật dẫn được biểu diễn bằng công thức w dV = dP.

- Xét một ống dòng dạng trụ dọc theo dòng điện (dS, dl, j), coi dòng điện là không đổi

Ta có: dS dl dS E dS dl dS j

(4.37) là biểu thức định luật Joule-Lenz dạng vi phân

Với , E, w lần lượt là điện dẫn suất, cường độ điện trường, mật độ công suất nhiệt tại điểm xét M

Công của lực điện trường (dòng điện) làm di chuyển điện tích q là

- Với vật dẫn đồng chất: q = I.t nên A = U.I.t = I 2 R.t = Q (4.38)

Nhƣ vậy: Dòng điện không đổi khi qua vật dẫn đồng chất, công của dòng điện chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng (làm vật dẫn nóng lên)

- Với đoạn mạch chứa cả nguồn điện

Công làm di chuyển điện tích q là công của lực điện trường và công của lực lạ (A la và A đt là trái dấu nhau)

= R.I 2 t trong đó: R là tổng điện trở trong đoạn mạch R R n r

Khi mạch điện là kín: U = 0 A  I t (4.40)

Công của dòng điện sinh ra trong toàn mạch chính là công của nguồn điện

3 CÔNG SUẤT CỦA DÕNG ĐIỆN t

- Trong đoạn mạch đồng chất: P = R.I 2 = U.I

- Trong đoạn mạch chứa nguồn điện: P = U.I + ζ.I

4 HIỆU SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN

Xét một mạch điện kín (hình 12.1)

  Công suất của nguồn điện r r r R

Công suất của dòng điện sinh ra ở mạch ngoài (công suất có ích)

  (4.41) gọi là hiệu suất của nguồn điện Dưới đây là đồ thị của P, Ph,  theo R/r

Hình 12.1: Mạch điện kín chứa nguồn điện một chiều

Hình 12.2: Đồ thị của P, P h ,  theo R/r

Câu 1: Cuộn dây kim loại dài 314 m có điện trở suất là 1,6.10 -8 Ωm, đường kính tiết diện  = 2,0 mm Điện trở R(Ω) của nó là bao nhiêu?

Câu 2: Điện trở suất của đồng là 1,69 10 -8 Ωm Điện trở R (Ω) của một đoạn dây đồng dài 4,0 m có đường kính tiết diện 5,2 mm là bao nhiêu?

Câu 3: Con chim đậu trên dây điện mà không bị giật Nguyên nhân là gì?

Câu 4: Nếu cắt bớt một đoạn dây dẫn may-so của bếp điện thì công suất tỏa nhiệt sẽ thay đổi thế nào?

Câu 5: Nếu dây mắc với bóng đèn 220 V – 40 W (dây 1) và dây mắc với bếp điện 220

V – 800 W (dây 2) giống hệt nhau Khi hoạt động , so sánh công suất tỏa nhiệt P 1 , P 2 trên mỗi dây

Để tìm cường độ dòng điện qua biến trở R khi công suất tỏa nhiệt đạt cực đại, ta có ắc quy với suất điện động 12 V và điện trở trong 4 Ω Khi điều chỉnh R để công suất tối đa, cường độ dòng điện sẽ được tính theo công thức P = I^2 * R Từ đó, ta có thể xác định giá trị của I.

Mạch điện được cho với các thông số r1 = r2 = 1Ω và RA = 0 Cần xác định cường độ và chiều dòng điện qua R1, R2 và Ampére kế trong các trường hợp sau: a Khi ζ1 = 15V, ζ2 = 5V, R1 = 2Ω, R2 = 5Ω; b Khi ζ1 = 20V, ζ2 = 8V, R1 = 3Ω, R2 = 6Ω; c Giải lại bài toán với Ampére kế được thay bằng vôn kế có RV = ∞.

Khi mắc đèn 9V – 3W vào hai cực acquy 13V - 3Ω, cần xác định độ giảm thế qua đèn, độ sáng của đèn và điện trở R (Ω) cần mắc nối tiếp với đèn để đèn hoạt động bình thường Độ giảm thế qua đèn sẽ ảnh hưởng đến độ sáng của nó, do đó việc tính toán chính xác điện trở R là rất quan trọng để đảm bảo đèn phát sáng ổn định.

Câu 9: Mắc nối tiếp đèn 1 (110 V– 50W) với đèn 2 (110 V – 100W) vào mạng 220

Điện trở của dây tóc các bóng đèn R1 và R2 không phụ thuộc vào nhiệt độ Để so sánh, trước tiên cần xem xét điện trở R1 và R2, sau đó phân tích sự khác biệt về độ giảm thế U1 và U2 giữa hai bóng đèn Tiếp theo, cần so sánh cường độ dòng điện I1 và I2 đi qua mỗi đèn Cuối cùng, đánh giá công nhiệt thực tế P1 và P2 tại mỗi bóng đèn để có cái nhìn tổng quát về hiệu suất hoạt động của chúng.

Câu 10: Hai dây thép cùng loại, hiệu số chiều dài   1  2 50m Tiết diện dây 1

Hình 13.1: Lực tương tác giữa hai phần tử dòng điện

TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

§13 KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG

Các hiện tượng điện và từ đã được biết đến từ lâu, nhưng mối liên hệ giữa chúng chỉ được phát hiện vào năm 1820 khi Oersted, nhà vật lý người Đan Mạch, chứng minh rằng kim la bàn gần dòng điện không chỉ hướng Bắc - Nam mà còn bị lệch Phát hiện này đã mở ra hiểu biết mới về mối quan hệ giữa điện và từ Tiếp theo, Ampére, nhà vật lý người Pháp, cũng phát hiện ra rằng các dòng điện có khả năng tương tác với nhau.

Tương tác giữa nam châm với nam châm, nam châm với dòng điện, và dòng điện với dòng điện đều mang bản chất tương tự, được gọi là tương tác từ.

Dòng điện tương tác với nam châm vì dòng điện tương tác với các dòng điện phân tử trong lòng nam châm

2 LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA HAI PHẦN TỬ DÕNG ĐIỆN

I dl là một đoạn dòng điện ngắn so với khoảng cách khảo sát, được xác định bằng tích của cường độ dòng điện I và véctơ độ dài dl, với chiều tương ứng với chiều dòng điện.

Biểu thức xác định lực do phần tử dòng điệnI dl 1 1 tác dụng lên phần tử dòng điện I dl 2 2 là:

Trong đó  0 là hằng số từ,  0 =4 10 -7 H/m (henry/met)

là độ từ thẩm (phụ thuộc môi trường)

Hình 13.2: Vectơ cảm ứng từ gây bởi một phần tử dòng điện

Biểu thức độ lớn lực tác dụng là: 0 2 1 1 sin 1 2 2 sin 2 dF 4 I dl I dl 

Từ trường là một môi trường vật chất đặc biệt bao quanh các dòng điện và các điện tích chuyển động, có khả năng tác động lực từ lên những dòng điện khác trong phạm vi của nó.

4 VÉCTƠ CẢM ỨNG TỪ - VÉCTƠ CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG

Mỗi điểm trong từ trường được đặc trưng bởi véctơ cảm ứng từ B và véctơ cường độ từ trường H

4.1 Định lý Biô – Xava – Laplat:

Véctơ cảm ứng từ dB được tạo ra bởi một phần tử dòng điện Idl tại điểm khảo sát, có chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Độ lớn của véctơ này được tính bằng công thức: dB = (4πμ₀/μ) * Idl * sin(θ).

  (5.3) Trong hệ SI đơn vị đo cảm ứng từ là T (Tesla)

4.2 Nguyên lý chồng chất từ trường:

Véc tơ cảm ứng từ B do một dòng điện tạo ra được hình thành từ tổng hợp các véctơ cảm ứng từ dB, xuất phát từ từng phần tử dòng điện Idlc của dòng điện đó Công thức tổng quát cho mối quan hệ này là B = ∫ dB.

Hình14.1: Từ thông qua dS

+ Véctơ cảm ứng từ B gây bởi nhiều dòng điện là chồng chất của các véctơ cảm ứng từ do mỗi dòng điện gây ra: BB 1 B 2   B n  B i (5.5)

4.3 Véctơ cường độ từ trường

  (5.6) ở nơi có độ từ thẩm:

Trong đó j là véctơ từ hóa của chất từ môi

Trong hệ SI, cường độ từ trường có đơn vị là A/m (Ampére/met) §14 ĐƯỜNG CẢM ỨNG TỪ - TỪ THÔNG

Đường cảm ứng từ được định nghĩa là đường mà tại mỗi điểm, tiếp tuyến với nó trùng với phương của véctơ cảm ứng từ Chiều của đường cảm ứng từ tương ứng với chiều của véctơ B.

+ Qua bất kì một điểm nào trong từ trường cũng vẽ được một và chỉ một đường sức từ

+ Các đường sức từ không cắt nhau

+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín

+ Mật độ đường sức tỉ lệ với độ lớn của B

+ Đường sức của từ trường đều là những đường thẳng song song cách đều nhau

Số đường sức từ cắt qua một đơn vị diện tích vuông góc với các đường cảm ứng từ phản ánh độ lớn của véctơ cảm ứng từ tại vị trí diện tích đó.

Tập hợp các đường sức gọi là phổ của từ trường hay từ phổ

Tương tự như khái niệm điện thông, từ thông gửi qua diện tích dS là: m n os d Bd S BdS BdS c  (5.8)

Từ thông gửi qua một mặt S bất kì là: m n os

Từ thông là đại lượng phản ánh số đường sức từ đi qua một mặt S Mặc dù từ thông có thể mang giá trị âm, nhưng số đường sức từ luôn không âm Do đó, số đường sức từ xuyên qua mặt S được xác định bằng trị tuyệt đối của từ thông qua mặt đó.

1 ĐỊNH LÝ O – G ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG

Do các đường sức từ là những đường cong khép kín, số lượng đường sức từ đi vào mặt kín S bằng số đường sức từ đi ra khỏi mặt kín đó Nếu quy ước pháp tuyến của mặt S hướng ra ngoài, thì nơi đường sức từ đi vào sẽ tạo ra từ thông âm, trong khi nơi đường sức từ đi ra sẽ tạo ra từ thông dương.

Vậy định lý O – G phát biểu nhƣ sau: “Từ thông gửi qua mặt kín S bất kì nào cũng bằng không” Ý nghĩa:

+ Không tồn tại các hạt “từ tích”

+ Đường cảm ứng từ phải là đường khép kín

+ Từ trường là trường xoáy

2 ĐỊNH LÝ DÕNG TOÀN PHẦN (ĐỊNH LÝ AMPÉRE)

Lưu thông của véctơ cảm ứng từ B qua đường cong kín (C) được tính bằng tổng đại số các dòng điện đi qua diện tích giới hạn bởi (C) nhân với hằng số từ μ0.

Lưu thông của véctơ cường độ từ trường H dọc theo đường cong kín (C) bằng tổng đại số các dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi (C)

Khi quy ước chiều của đường cong kín (C) theo chiều kim đồng hồ, dòng điện đi vào đường cong sẽ được coi là dương, trong khi dòng điện đi ra khỏi đường cong sẽ có giá trị âm.

 Ứng dụng định lý dòng toàn phần để xác định từ trường của ống dây tròn Tôrôit

Tôrôit là ống dây hình xuyến làm bằng chất cách điện, tâm O, có quấn N vòng dây dẫn sát nhau và cách điện với nhau Bán kính trong

R 1 , bán kính ngoài R 2 , khi dòng điện không đổi

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, mỗi vòng dây tạo thành một dòng điện tròn Nhờ tính đối xứng và nguyên lý chồng chất, hệ đường sức bên trong ống dây hình thành các đường tròn đồng tâm O.

Tại mỗi điểm trong lòng ống dây, véctơ B tiếp tuyến với đường sức từ Độ lớn của B là đồng nhất trên mỗi đường sức Chúng ta chọn một đường cong kín (C) trùng với một đường sức ở giữa ống, tạo thành một đường tròn có bán kính R (với R 1 < R < R 2), và chiều của (C) tương ứng với chiều của B.

Mặt khác có N vòng dây mỗi vòng mang một dòng điện I qua (C) nên áp dụng định lý dòng toàn phần ta có: 0

  §16 LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN

Khi một phần tử dòng điện I dl được đặt vào từ trường có cảm ứng từ B, từ trường sẽ tác dụng lên phần tử này một lực dF, được biểu diễn bởi công thức dF = I dl × B Độ lớn của lực này được tính bằng dF = Idl B sinθ.

Phương vuông góc với mặt phẳng chứa

Chiều hợp với B và I dl theo quy tắc bàn tay trái

Hình15.1: ống dây tròn tôrôit d F

Hình 16.1: Lực do từ trường tác dụng lên một phần tử dòng điện

2 TỪ TRƯỜNG ĐỀU TÁC DỤNG LÊN MỘT ĐOẠN DÕNG ĐIỆN THẲNG Áp dụng nguyên lý chồng chất lực từ ta có nếu đoạn dòng điện thẳng cường độ

I, dài đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B thì nó chịu tác dụng lực từ là:

Phương vuông góc với mặt phẳng chứa B và I

Chiều hợp với B và I theo quy tắc bàn tay trái Điểm đặt là trung điểm của đoạn dây

3 TỪ TRƯỜNG ĐỀU TÁC DỤNG LÊN DÕNG ĐIỆN KÍN

Xét dòng điện I chạy trong khung dây cứng hình chữ nhật MNPQ gồm N vòng, độ dài các cạnh là a và b, đặt trong từ trường đều B

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

§17 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

1 THÍ NGHIỆM CỦA FARADAY VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Sau sự kiện năm 1820, nhà bác học Oersted phát hiện ra nam châm tương tác với dòng điện người ta hiểu ra rằng dòng điện sinh ra từ trường

Nhà bác học người Anh là Michael Faraday (1791 - 1867) đặt vấn đề nếu dòng điện sinh ra từ trường thì ngược lại từ trường có sinh ra dòng điện không?

Khi cho mạch kín S chuyển động trong từ trường không đổi hoặc để mạch kín S đứng yên trong từ trường biến thiên, dòng điện sẽ xuất hiện trong mạch.

Vào năm 1831, ông đã công bố kết luận rằng khi từ trường biến đổi theo thời gian trong một mạch kín, sẽ xuất hiện dòng điện Hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ.

Dòng điện cảm ứng là dòng điện được sinh ra từ hiện tượng cảm ứng điện từ, và nó chỉ tồn tại khi từ thông biến thiên Cường độ của dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông.

2 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Ba năm sau khi hiện tƣợng cảm ứng điện từ đƣợc phát hiện, năm 1834, nhà bác học người Nga là Heinrich

Freidrich Lenz đƣa ra định luật xác định chiều dòng điện cảm ứng

Khi số đường sức từ trường qua mạch kín (C) tăng, dòng điện cảm ứng sẽ có chiều ngược lại với chiều đường sức của từ trường ban đầu Ngược lại, khi số đường sức qua mạch kín (C) giảm, dòng điện cảm ứng cũng sẽ có chiều phù hợp để duy trì sự cân bằng từ trường.

Hình 17.3: Khung dây quay trong từ trường đều từ trường mà nó sinh ra có các đường sức cùng chiều với chiều đường sức của từ trường ban đầu

Khi từ thông trong mạch kín (C) biến thiên do một dịch chuyển nào đó, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện với chiều sao cho từ trường mà nó tạo ra có tác dụng chống lại dịch chuyển này.

Tổng quát: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó

2.2 Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng

Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch chứng tỏ phải tồn tại một suất điện động, gọi là suất điện động cảm ứng: C d

   dt  (6.1) Phát biểu định luật: Suất điện động cảm ứng bằng về trị số và trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua mạch

Nếu mạch hở, suất điện động cảm ứng bằng hiệu điện thế hai đầu mạch:  C =U Nếu mạch kín có điện trở R thì  C sinh ra dòng điện cảm ứng I C : I C C

Để tạo ra dòng điện cảm ứng, cần có suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng xuất hiện khi ít nhất một trong ba đại lượng B, S và α thay đổi theo thời gian Điều này có thể xảy ra khi mạch di chuyển trong từ trường không đổi, hoặc khi mạch đứng yên trong từ trường biến thiên, hoặc cả hai trường hợp cùng xảy ra.

Xét trường hợp khung dây quay trong từ trường không đổi (từ trường đều)

Khung dây có N vòng dây, mỗi vòng có diện tích S, quay đều với vận tốc góc  trong từ trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với trục quay xy.

Góc  =(S,B) = ( n,B)=  t  , ban đầu t=0 thì góc  =

Từ thông gửi qua khung dây là:  NBScos NBScos( t )

Suất điện động cảm ứng trong khung:

Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện dựa trên việc sử dụng lực cơ học để quay cuộn dây trong từ trường, tạo ra suất điện động cảm ứng Khi hai đầu cuộn dây được kết nối với tải, dòng điện sẽ chạy qua tải đó Các hiện tượng cảm ứng điện từ đặc trưng cũng là một phần quan trọng trong quá trình này.

Hiện tượng : khi cho kim loại chuyển động trong từ trường không đổi hoặc kim loại nằm yên trong từ trường biến thiên thì nó bị nóng lên

Nhiệt phát sinh khi kim loại có dòng điện chạy qua, hiện tượng này được giải thích theo định luật Joule-Lenz Trước khi hiểu về cảm ứng điện từ, dòng điện này được gọi là dòng điện Phaucault, theo tên của nhà bác học đã phát hiện và lý giải hiện tượng này.

Hình 18.2: Cách làm giảm dòng Fucô

Hình 18.1: Dòng Fucô phát sinh khi kim loại nằm yên trong từ trường biến thiên

Hình 18.3 : Cách hãm dao động của kim trong một máy đo điện

Nhiều thiết bị điện như máy biến thế, động cơ điện và máy phát điện có cấu tạo với lõi sắt đặt trong ống dây có dòng điện xoay chiều Dòng điện biến đổi theo thời gian tạo ra dòng điện Phaucault trong lõi sắt, gây tỏa nhiệt và có thể làm hỏng thiết bị Dòng Phaucault cũng chống lại chuyển động quay của động cơ, làm giảm công suất Để giảm tác hại của dòng Phaucault, người ta sử dụng các lá thép mỏng có phủ sơn cách điện ghép sát nhau, đặt song song với đường sức từ, nhằm tăng điện trở của lõi sắt và giảm đáng kể dòng Phaucault.

Hiện tượng này được ứng dụng trong việc nấu chảy kim loại bằng lò điện cảm ứng Kim loại được đặt trong lò chân không, xung quanh được quấn dây điện Khi dòng điện cao tần chạy qua cuộn dây, từ trường biến thiên mạnh mẽ, tạo ra dòng điện Phaucault trong kim loại với cường độ lớn, sinh ra nhiệt lượng lớn làm nóng chảy kim loại.

Khi tấm kim loại dao động trong từ trường của nam châm, nó chỉ dao động trong một khoảng thời gian ngắn rồi dừng lại Nguyên nhân của hiện tượng này là do dòng điện Foucault (dòng điện cảm ứng) xuất hiện trong tấm kim loại, gây ra lực cản đối với chuyển động của tấm kim loại theo định luật Lenz.

Lực hãm do dòng Phaucault tạo ra được ứng dụng hiệu quả trong việc hãm chuyển động, đặc biệt là chuyển động quay của các bộ phận trong thiết bị máy móc và dụng cụ.

Khi cân một vật bằng cân nhạy, kim của cân thường dao động lâu Để khắc phục tình trạng này, người ta sử dụng một nam châm để kim dao động giữa hai cực, giúp kim tắt nhanh hơn.

Người ta cũng sử dụng tác dụng hãm của dòng Phaucault trong phanh điện từ ở các xe có trong tải lớn

Công tơ điện trong gia đình cũng sử dụng tác dụng này để hãm chuyển động của đĩa khi ngắt điện

Xét một mạch điện nhƣ hình 18.4:

Khi đóng khóa K, bóng đèn Đ 1 sáng ngay lập tức, trong khi bóng đèn Đ 2 sáng lên từ từ Nguyên nhân là do dòng điện trong cả hai nhánh đều tăng khi công tắc được đóng Tuy nhiên, trong nhánh (2), sự gia tăng dòng điện gây ra sự biến đổi từ thông qua ống dây, dẫn đến việc xuất hiện dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng này chống lại sự gia tăng dòng điện qua bóng đèn Đ 2, khiến cho bóng đèn này sáng lên từ từ.

Xét mạch điện nhƣ hình 18.5:

ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

§19 HAI LUẬN ĐIỂM CỦA MAXWELL

James Clecrk Maxwell (1831-1879) là người khám phá mối liên hệ giữa điện trường với từ trường và xây dựng nên học thuyết tổng quát về điện từ trường năm

1 LUẬN ĐIỂM MAXWELL THỨ NHẤT

Khi xem xét một mạch điện kín nằm yên trong từ trường biến thiên theo thời gian, sự thay đổi từ thông qua mạch dẫn đến việc xuất hiện dòng điện cảm ứng I_C Dòng điện cảm ứng này cho thấy trong mạch có một trường lực lạ, tác động lên các điện tích và khiến chúng chuyển động theo hướng nhất định.

Maxwell đã phân tích các kết quả thực nghiệm của Faraday và cho rằng trường lực lạ mà Faraday đề cập chính là điện trường Tuy nhiên, điện trường này không phải là điện trường tĩnh, vì điện trường tĩnh không đủ khả năng làm cho điện tích di chuyển trong mạch kín Maxwell khẳng định rằng đây là điện trường xoáy.

Maxwell phát biểu luận điểm thứ nhất nhƣ sau:

Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều tạo ra điện trường xoáy Khác với điện trường tĩnh, điện trường xoáy sở hữu những đặc điểm quan trọng riêng biệt.

1- Đường sức của điện trường xoáy là đường khép kín, không có điểm xuất phát và điểm kết thúc

2- Lưu thông của vecto cường độ điện trường xoáy

 Ed dọc theo đường cong

L không chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu, điểm cuối mà còn phụ thuộc vào cả hình dạng của đường cong đó

3- Lưu thông của vecto cường độ điện trường xoáy dọc theo một chu tuyến thì khác không

 Vì vậy điện trường xoáy tạo ra suất điện động làm di chuyển điện tích trong mạch, tạo thành dòng điện khép kín:

Theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ ta có:

   (7.1) đây là phương trình Maxwell – Faraday dạng tích phân

Dạng vi phân của phương trình Maxwell – Faraday là: rot E B t

Vậy phương trình trên tương đương với hệ phương trình sau: y x

2 LUẬN ĐIỂM MAXWELL THỨ HAI

Ngƣợc lại với luận điểm thứ nhất, Maxwell đƣa ra luận điểm thứ hai:

“Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện từ trường”

Theo nguyên lý thứ hai, mọi dòng điện đều tạo ra từ trường, và sự biến thiên của điện trường theo thời gian cũng tạo ra từ trường Do đó, biến thiên của điện trường có tác dụng tương tự như một dòng điện, được Maxwell gọi là dòng điện dịch.

Dòng điện dịch và dòng điện dẫn đều tạo ra từ trường, nhưng khác biệt ở chỗ dòng điện dịch không có sự chuyển động của điện tích.

Dòng điện dịch có thể tồn tại cả trong chất điện môi hoặc chân không và không gây tác dụng nhiệt Joule-Lenz nhƣ dòng điện dẫn

Tụ điện cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ vào sự biến thiên của hiệu điện thế giữa hai bản tụ Khi hiệu điện thế thay đổi, điện trường bên trong tụ điện cũng biến đổi, tạo ra dòng điện dịch Do đó, dòng điện xoay chiều trong tụ điện không phải là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích, mà là dòng điện dịch.

Xét diện tích S được giới hạn bởi chu tuyến C trong một môi trường dẫn điện, nơi có mật độ dòng điện dẫn j khác không và có sự hiện diện của điện trường biến thiên theo thời gian D theo t.

 là mật độ dòng điện dịch

Cường độ dòng điện dẫn là:

Cường độ dòng điện dịch là:

  Vận dụng định lý Ampére về lưu thông của véctơ H , biểu thức định lượng cho luận điểm thứ hai:

   (7.7) (đây là phương trình Maxwell – Ampére dạng tích phân)

Dạng vi phân của phương trình Maxwell – Ampére là: rot H j D t

 (7.8) Tương đương với hệ phương trình: y x

   (7.11) §20 HỌC THUYẾT MAXWELL VỀ ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

Theo Maxwell, từ trường biến thiên tạo ra điện trường xoáy và ngược lại, điện trường biến thiên cũng sinh ra từ trường biến thiên Quá trình này diễn ra liên tục, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa điện trường và từ trường, khi chúng chuyển hóa lẫn nhau Kết quả là, cả hai trường này tồn tại đồng thời trong không gian, hình thành nên một trường thống nhất gọi là trường điện từ.

1.2 Hệ phương trình Maxwell mô tả điện từ trường

Hệ phương trình Maxwell gồm bốn phương trình toán học như sau:

Phương trình Maxwell – Faraday diễn tả luận điểm thứ nhất của Maxwell về quan hệ giữa từ trường biến thiên với điện trường xoáy dạng tích phân:

 Phương trình Maxwell – Ampére diễn tả luận điểm thứ hai của Maxwell về quan hệ giữa điện trường biến thiên với từ trường dạng tích phân:

 Định lý O – G đối với điện trường miêu tả đặc tính không khép kín của các đường sức điện trường, khẳng định điện trường là trường có nguồn:

Định lý O – G về từ trường khẳng định rằng từ trường là một trường không có nguồn, tức là divD = 0, điều này phản ánh đặc tính khép kín của các đường sức từ.

Ngoài ra còn có các phương trình liên hệ các đại lượng đặc trưng cho trường với tính chất của môi trường đồng nhất, đẳng hướng:

Trong các phương trình của Maxwell, các đại lượng đặc trưng cho trường là hàm của các biến số x, y, z, t

1.3 Ý nghĩa của học thuyết Maxwell

Lý thuyết trường điện từ của Maxwell đã tạo ra sự kết nối chặt chẽ giữa điện trường và từ trường, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiểu biết của nhân loại về các hiện tượng điện và từ.

Lý thuyết trường điện từ của Maxwell không chỉ giải thích rõ ràng các hiện tượng điện từ đã được biết đến, mà còn dự đoán sự tồn tại của sóng điện từ.

2 SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO

2.1 Hệ phương trình Maxwell mô tả sóng điện từ

Lý thuyết Maxwell tiên đoán về sự tồn tại của môi trường truyền tương tác điện

Năm 1888, nhà khoa học H Hertz đã thành công trong việc phát và thu sóng điện từ, khẳng định lý thuyết Maxwell lần đầu tiên qua thí nghiệm Sóng điện từ là sự biến thiên của điện từ trường, lan truyền trong không gian theo thời gian và không cần môi trường có điện tích.

0; 0 j   đƣợc gọi là sóng điện từ tự do

Hệ phương trình Maxwell mô tả sóng điện từ tự do:

2.2 Các tính chất cơ bản của sóng điện từ

Sóng điện từ là sóng ngang, trong đó hai véctơ E và H dao động theo hai phương vuông góc với nhau và cũng vuông góc với phương truyền sóng.

- Sóng điện từ lan truyền cả trong môi trường vật chất và trong chân không

- Vận tốc truyền sóng trong chân không liên hệ với hằng số điện  0 và hằng số từ  0 là: c   0 0 3.10 8 m s/ (7.12)

Vận tốc truyền sóng trong môi trường đồng nhất đẳng hướng có hằng số điện môi  và độ từ thẩm  là : c c v f n 

 =n: gọi là chiết suất của môi trường

: bước sóng, f : tần số sóng

- Sóng điện từ mang năng lƣợng: năng lƣợng của sóng điện từ là năng lƣợng của điện –từ trường

- Sóng điện từ có tính phản xạ và khúc xạ

Khi mắc hai bản tụ điện C vào nguồn điện xoay chiều U, ta cần xem xét một số vấn đề Thứ nhất, sẽ có dòng điện chạy trong dây dẫn hay không? Thứ hai, liệu có các điện tích di chuyển định hướng trong lòng tụ điện? Thứ ba, cần phân tích sự tương đồng và khác biệt giữa dòng điện qua dây dẫn và dòng điện qua tụ Cuối cùng, nhiệt lượng theo định luật Joule-Lenz sẽ được tỏa ra ở những đoạn mạch nào trong hệ thống này?

Câu 2 Tụ điện phẳng, hai bản cực tròn, bán kính RUmm Khi nạp điện, cường độ điện trường giữa hai bản tăng với tốc độ dE 1,5.10 12 /

V m s dt  Xác định: a Biểu thức từ trường cảm ứng ở cách trục nối tâm hai bản một khoảng r khi bắt đầu tích điện cho tụ Xét các trường hợp : r < R, r = R, r  R

Tia t ử ngo ại Ánh sán g k h ả ki ến Tia h ồ n g ng o ại

SH F UH F VH F SW MW LW

Hình 20: Thang sóng điện từ b Độ lớn dòng điện dịch “chạy” qua tụ điện

Câu 3: Sóng radio VLF có tần số 30 Hz truyền trong không khí có bước sóng là bao nhiêu?

Câu 4: Sóng vô tuyến điện truyền trong chân không với bước sóng 10 7 m Tìm tần số (Hz) của nó

Để tạo ra mạch dao động LC phát sóng điện từ với bước sóng 550 nm trong không khí, cần xác định giá trị của cuộn dây có độ tự cảm phù hợp Tụ điện có giá trị C là pF, và từ công thức tính bước sóng, có thể tính được độ tự cảm cần thiết cho cuộn dây.