Tương tác từ – Định luật Ampère | Vật Lý Đại Cương

1. Tương tác từ

Các hiện tượng kỳ lạ về điện, từ đã được con người biết đến từ lâu, nhưng không biết chúng có tương quan với nhau. Mãi đến năm 1820, khi Oersted, nhà vật lý người Đan Mạch, phát hiện ra hiện tượng kỳ lạ dòng điện đặt gần kim la bàn làm kim la bàn không chỉ theo hướng Bắc – Nam nữa mà bị lệch đi thì người ta mới biết rằng giữa điện và từ có mối tương quan đến nhau. Sau đó Ampère, nhà vật lý người Pháp, phát hiện rằng, những dòng điện cũng tương tác với nhau .Như vậy, về phương diện từ thì một dòng điện cũng hoàn toàn có thể coi như một nam châm từ. Nói cách khác tương tác giữa nam châm từ với nam châm từ, nam châm từ với dòng điện, dòng điện với dòng điện có cùng chung một thực chất. Ta gọi đó là tương tác từ .

2. Định luật Ampère về tương tác giữa hai phần tử dòng điện

Xét dòng điện I chạy trong dây dẫn có tiết diện ngang S rất nhỏ. Trên dây dẫn đó, lấy một độ dời vi phân \ ( d \ overrightarrow { \ ell } \ ) theo chiều của dòng điện. Ta gọi tích số \ ( Id \ overrightarrow { \ ell } \ ) là một thành phần dòng điện hau một yếu tố dòng điện. Phần tử dòng điện là đại lượng vectơ có độ lớn bằng \ ( Id \ ell \ ), có phương tiếp tuyến với dây dẫn tại điểm khảo sát và có chiều của dòng điện ( hình 4.1 )

Xét hai thành phần dòng điện \ ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ ) và \ ( { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ ) của hai dòng điện I1 và I2 đặt trong chân không. Gọi \ ( \ vec { r } \ ) là vectơ khoảng cách hướng từ \ ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ ) đến \ ( { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ ). Vẽ mặt phẳng ( P ) chứa \ ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ ) và \ ( \ vec { r } \ ). Quy ước pháp vectơ đơn vị chức năng \ ( \ vec { n } \ ) của mặt phẳng ( P ) có chiều sao cho khi xoay cái đinh ốc từ vectơ \ ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ ) đến vectơ \ ( \ vec { r } \ ) theo góc nhỏ nhất thì chiều tiến của cái đỉnh ốc là chiều của vectơ \ ( \ vec { n } \ ) ( hình 4.2 ) .

Lực tương tác giữa hai thành phần dòng điện này tuân theo định luật Ampère : lực từ do thành phần dòng điện \ ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ ) tính năng lên thành phần dòng điện \ ( { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ ) là một vectơ \ ( d \ overrightarrow { F } \ ) có :+ Phương : vuông góc với mặt phẳng chứa yếu tố dòng \ ( { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ ) và vectơ \ ( \ vec { n } \ ) ;

+ Chiều: xác định theo quy tắc cái định ốc “xoay cái đinh ốc từ \({{I}_{2}}d{{\overrightarrow{\ell }}_{2}}\) đến vectơ  \( \vec{n} \) theo góc nhỏ nhất thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của vectơ  \( d\overrightarrow{F} \)”.

+ Độ lớn : \ ( dF = \ frac { { { \ mu } _ { 0 } } { { I } _ { 1 } } { { I } _ { 2 } } d { { \ ell } _ { 1 } } d { { \ ell } _ { 2 } } \ sin { { \ theta } _ { 1 } } \ sin { { \ theta } _ { 2 } } } { 4 \ pi { { r } ^ { 2 } } } \ ) ( 4.1 )+ Điểm đặt : tại yếu tố dòng \ ( { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ ) .Trong ( 4.1 ), \ ( { { \ mu } _ { 0 } } \ ) là hằng số từ, có giá trị : \ ( { { \ mu } _ { 0 } } = 4 \ pi { {. 10 } ^ { – 7 } } \ text { } H / m \ ) .Có thể viết công thức của định luật Ampère dưới dạng vectơ : \ ( d \ overrightarrow { F } = \ frac { { { \ mu } _ { 0 } } } { 4 \ pi } \ frac { { { I } _ { 2 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 2 } } \ times \ left ( { { I } _ { 1 } } d { { \ overrightarrow { \ ell } } _ { 1 } } \ times \ vec { r } \ right ) } { { { r } ^ { 3 } } } \ ) ( 4.2 )Thực nghiệm chứng tỏ rằng, nếu hai dòng điện và I2 đặt trong môi trường tự nhiên đồng chất đẳng hướng thì lực từ tăng \ ( \ mu \ ) lần so với khi chúng đặt trong chân không :

 \( d\overrightarrow{F}=\mu .d{{\overrightarrow{F}}_{ck}}=\frac{{{\mu }_{0}}\mu }{4\pi }\frac{{{I}_{2}}d{{\overrightarrow{\ell }}_{2}}\times \left( {{I}_{1}}d{{\overrightarrow{\ell }}_{1}}\times \vec{r} \right)}{{{r}^{3}}} \)      (4.3)

Hệ số \ ( \ mu \ ) được gọi là thông số từ thẩm hay độ từ thẩm của môi trường tự nhiên. Đối với chân không thì \ ( \ mu = 1 \ ) ; những chất sắt từ thì \ ( \ mu >> 1 \ ) ; so với những chất thuận từ hoặc nghịch từ giá trị \ ( \ mu \ ) giao động hơn kém xung quanh đơn vị chức năng một lượng nhỏ ( \ ( \ mu \ approx 1 \ ) ). Vì thế, trong đa phần những trường hợp, ta bỏ lỡ thông số \ ( \ mu \ ) .Về hình thức, điện và từ giống như hai bàn tay của một khung hình người. Mỗi đại lượng đặc trưng cho điện đều tương ứng với một đại lượng đặc trưng cho từ. Ví dụ : hằng số điện \ ( { { \ varepsilon } _ { 0 } } \ ) tương ứng với hằng số từ \ ( { { \ mu } _ { 0 } } \ ) ; thông số điện môi \ ( \ varepsilon \ ) tương ứng với thông số từ thẩm \ ( \ mu \ ) ; định luật Ampère có vai trò như định luật Coulomd ; yếu tố dòng điện \ ( Id \ overrightarrow { \ ell } \ ) có vai trò như điện tích điểm q, … Nắm được đặc thù này, ta sẽ khám phá từ trường một cách hiệu suất cao hơn .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử