76

Chương 6
TỪ TRƯỜNG VÀ SÓNG ðIỆN TỪ

§ 6.1. TỪ TRƯỜNG VÀ VÉC TƠ CẢM ỨNG TỪ
6.1.1.Thí nghiệm về tương tác từ
Thí nghiệm 1: ðưa thanh nam châm lại gần kim nam châm thì kim nam châm bị hút
hoặc bị ñẩy tùy theo cực giữa chúng
Thí nghiệm 2: ðưa kim nam châm lại gần dòng ñiện thì kim nam châm cũng bị hút
hoặc bị ñẩy (hình 6.1.a).
Thí nghiệm 3: ðưa thanh nam châm lại gần ống dây ñiện, ống dây sẽ bị hút hoặc bị
ñẩy (hình 6.1.b).
Thí nghiệm 4: ðưa hai dây dẫn có dòng ñiện chạy qua lại gần nhau, chúng sẽ hút nhau
hoặc ñẩy nhau tùy theo chiều của dòng ñiện.
(a) (b)

Hình 6.1
Các tương tác xảy ra trong các thí nghiệm ñược gọi là tương tác từ.
6.1.2. Khái niệm về từ trường.
Qua thí nghiệm về tương tác từ ta có thể rút ra tương tác từ là tương tác giữa các ñiện
tích chuyển ñộng. ðể giải thích quá trình xảy ra tương tác từ, vật lý hiện ñại ñã cho rằng:
Xung quanh các dòng ñiện hay các ñiện tích chuyển ñộng ñã xuất hiện môi trường ñặc biệt
ñể thực hiện truyền các tương tác giữa các ñiện tích chuyển ñộng. Môi trường ñó là từ trường.

2
0
sin
4
r
Id
dB
θ
π
µ
µ
⋅
⋅=
l

Với
m
H
7
0
104
−
⋅=
πµ
là hằng số từ,
µ
là ñộ từ
thẩm của môi trường và
θ
là góc hợp bởi ñoạn dòng

r
r
thì chiều tiến của cái vặn ñinh ốc là chiều véc tơ cảm ứng từ
Bd
r
.
ðơn vị cảm ứng từ là Tesla (T).
6.1.4. Nguyên Lý chồng chất từ trường
Trường hợp có một dòng ñiện gây ra từ trường, ñể xác ñịnh véc tơ cảm ứng từ do
dòng ñiện gây ra tại một ñiểm ta chia dòng ñiện thành các ñoạn dòng ñiện và áp dụng nguyên
lý chồng chất từ trường:
∫
=
dong ca
BdB
r
r

Trường hợp có n dòng ñiện gây ra từ trường
L
r
r
r
321
,, BBB
tại một ñiểm, thì tại ñiểm ñó
có:
∑
=+++=
i


M
Hình 6.2

Vuihoc24h.vn

78

Với dòng ñiện hình tròn, bán kính r, cường ñộ i thì tại tâm có: B =
r
i
B
2
0
µ
µ
=

Với 1 ống dây ñiện thẳng có chiều dài rất lớn hơn tiết diện có dòng ñiện i thì cảm ứng
từ chỉ tồn tại trong ống dây, có ñộ lớn:
i
N
l
µµ
0

§ 6.2. ðƯỜNG SỨC TỪ VÀ TỪ THÔNG.

s
BdSSdB
αφ
cos
r
r
n
v

B
v

dS
α

S

⊥
SHình 6.4

I

Hình 6.3
Vuihoc24h.vn

r
r

ðây là ñịnh luật O – G ñối với từ trường.
§ 6. 3. TÁC DỤNG LỰC CỦA TỪ TRƯỜNG
6.3.1.Lực Ampere
Xét một ñoạn dòng ñiện
l
r
Id
ñặt trong từ trường ñều có véc tơ cảm ứng từ
B
r
, thì từ
trường sẽ tác dụng ñoạn dòng ñiện một lực có phương vuông góc với mặt phẳng chứa ñoạn
dòng ñiện và từ trường, có chiều ñược xác ñịnh theo quy tắc bàn tay trái, có ñộ lớn xác ñịnh
theo công thức:

(
)
BIdBIdF
r
l
r
l ×⋅⋅= sin

Hay:
BIdF
r
l

⋅
=
l
φ
là từ thông gửi qua
phần diện tích mà ñoạn dòng ñiện ñã quét ñược trong
dịch chuyển. ðó là biểu thức tính công của lực từ.

F
v

B
v

α

I

Hình 6.5

+

v
v

L
F

B
v

cảm ứng từ
B
r
. Hạt ñiện tích chuyển ñộng tương ñương với ñoạn dòng ñiện thỏa mãn hệ thức:
vqId
r
l
r
=
Khi ñó hạt ñiên tích sẽ chịu tác dụng của từ trường một lực có phương vuông góc
với mặt phẳng chứa vận tốc của hạt ñiên tích và từ trường, có chiều xác ñịnh theo quy tắc bàn
tay trái với chú ý chiều của dòng ñiện là chiều chuyển dời của ñiện tích dương và có ñộ lớn:

(
)
BvBqvF
L
r
r
,sin⋅=
Hay
BvqF
L
r
r
r
×=

Lực tác dụng của từ trường lên hạt ñiện tích ñược gọi là lực Lorentz (hình 6.6).
Vì lực Lorentz vuông góc với vận tốc chuyển

H
E
thì trạng thái chuyển ñộng của hạt ñiện ổn
ñịnh và ñiện trường
H
E
ñạt giá trị xác ñịnh. Hiện tượng
ñó gọi là hiệu ứng Hall.
Hiệu ứng Hall ñược ứng dụng ñể xác ñịnh loaị hạt

G
S
N
Hình 6.8

H
E

v
v

B
v

−
e

I
ứng trong mạch ñiện ñó.
- Cường ñộ dòng ñiện cảm ứng tỷ lệ với tốc ñộ thay ñổi của từ thông qua mạch.
6.4.2. ðịnh luật Lenz
Nghiên cứu chiều của dòng ñiện cảm ứng, Lenz ñã ñưa ra ñịnh luật:
Dòng ñiện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự thay
ñổi của từ thông sinh ra nó.
6.4.3. Suất ñiện ñộng cảm ứng
Ta biết rằng suất ñiện ñộng là ñại lượng ñặc trưng cho khả năng sinh ra dòng ñiện, nên
sự xuất hiện dòng ñiện cảm ứng chứng tỏ trong mạch ñã có một suất ñiện ñộng cảm ứng.
Dựa trên các ñịnh luật Faraday và ñịnh luật Lenz, có thể tìm ñược biểu thức suất ñiện
ñộng cảm ứng:

dt
d
e
φ
−=

6.4.4. Hiện tượng tự cảm
a) Hiện tượng
Với một mạch ñiện kín, nếu trong mạch có ống dây thì khi ñóng mạch dòng ñiện
trong mạch tăng, khi ngắt mạch dòng ñiện trong mạch giảm. Trong thời gian dòng ñiện trong
mạch tăng hoặc giảm, từ trường trong ống dây cũng tăng hoặc giảm, do ñó từ thông qua diện
tích các vòng dây thay ñổi. Vì vậy trên các vòng dây xuất hiện dòng ñiện cảm ứng chống lại
sự thay ñổi của dòng ñiện trong mạch .
Sự xuất hiện dòng ñiện cảm ứng ở ñây là do sự thay ñổi của dòng ñiện ở chính mạch
ñó gây ra nên ñược gọi là hiện tượng tự cảm.
Vuihoc24h.vn

82

e
, một ống dây có hệ số tự cảm L, một ñiện
trở R (của toàn mạch) và một khóa k mắc nối tiếp nhau
(hình 6.9).
Nếu ta ñóng khóa k, dòng ñiện trong mạch bắt
ñầu tăng từ 0 ñến giá trị xác ñịnh
0
I , trong thời gian
dòng ñiện tăng ở ống dây xuất hiện dòng ñiện tự cảm,
nên trong mạch tồn tại hai suất ñiện ñộng (của nguồn
e

và suất ñiện ñộng cảm ứng).
Theo ñịnh luật Ohm cho mạch kín, ta có:

iRee
tc
=
+
hay:
dt
di
LiRe +=

Nhân các số hạng với
idt
ta ñược:
LididtRieidt +=
2



R
L
ξ

K

Hình 6.9
Vuihoc24h.vn

83

Theo ñịnh luật bảo toàn năng lượng, năng lượng của nguồn ñiện ñể thành lập dòng
ñiện hay thành lập từ trường sẽ biến thành năng lượng từ trường của dòng ñiện và phân bố
trong không gian có từ trường.
Với một ống dây thẳng có chiều dài
l
, tiết diện
S
rất nhỏ so với
l
, gồm N vòng ta
có:
I
N
B
l
µµ
0
=

∆
SV
là th
ể
tích không gian có t
ừ
tr
ườ
ng.
V
ậ
y: Trong không gian có t
ừ
tr
ườ
ng v
ớ
i c
ả
m
ứ
ng t
ừ
B s
ẽ
có n
ă
ng l
ượ
ng v

trường xoáy cũng thay ñổi theo thời gian.
b) Luận ñiểm 2
ðể có luận ñiểm ta xét thí nghiệm: Nối hai bản
kim loại song song với hai cực của nguồn ñiện xoay
chiều cao tần, khi ñó giữa hai bản có một ñiện trường
thay ñổi theo thời gian. ðặt giữa hai bản kim loại một
vòng dây hai ñầu nối với bóng ñèn nhỏ sao cho mặt
phẳng vòng dây vuông góc với hai bản kim loại (hình
6.10)
Thí nghiệm cho thấy bóng ñèn sáng lên, chứng tỏ
qua diện tích giới hạn của vòng dây ñã có từ trường thay
ñổi.

i
E
vHình 6.10
Vuihoc24h.vn

84

Từ ñó Maxwell ñưa ra luận ñiểm: Mỗi khi có ñiện trường thay ñổi theo thời gian sẽ
sinh ra một từ trường cũng thay ñổi theo thời gian.
6.6.2. Khái niệm về trường ñiện từ
Theo các luận ñiểm của Maxwell thì ñiện trường hay từ trường thay ñổi theo thời gian
sẽ ñồng thời tồn tại và biến ñổi qua lại lẫn nhau, tạo thành một trường duy nhất gọi là trường
ñiện từ.
Vậy: Trường ñiện từ là môi trường vật chất ñặc biệt bao gồm ñồng thời cả ñiện trường

ng, th
ể
hi
ệ
n
ở
ch
ỗ
:
ð
i
ệ
n tr
ườ
ng và t
ừ
tr
ườ
ng bi
ế
n
ñổ
i
luôn chuy
ể
n hoá l
ẫ
n nhau, nh
ờ


n tr
ườ
ng
ñ
i
ệ
n t
ừ
trong không gian.

b) Tính chất cơ bản của sóng ñiện từ
B
ằ
ng th
ự
c nghi
ệ
m và lý thuy
ế
t v
ề
tr
ườ
ng
ñ
i
ệ
n t
ừ
c

ñượ
c trong chân không và trong các môi tr
ườ
ng v
ậ
t ch
ấ
t
thông th
ườ
ng.
+ Trong chân không sóng
ñ
i
ệ
n t
ừ
truy
ề
n v
ớ
i v
ậ
n t
ố
c:

s
m
Cv

1

- Sóng
ñ
i
ệ
n t
ừ
là sóng ngang: Trong quá trình lan truy
ề
n véc t
ơ

E
r
và véct
ơ

B
r
luôn
vuông góc nhau và vuông góc v
ớ
i ph
ươ
ng truy
ề
n.
Vuihoc24h.vn


3- Trình bày hiện tượng cảm ứng ñiện từ.
4- Lập biểu thức tính năng lượng từ trường
5- Phân tích ñể rút ra các luận ñiểm của Maxwell. Nêu khái niệm trường ñiện từ.
6- Sóng ñiện từ là gi ? Nêu các tính chất của sóng ñiện từ.

Vuihoc24h.vn