Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Thuyết điện - Từ của Maxwell - Đỗ Quốc Huy

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Thuyết điện - Từ của Maxwell - Đỗ Quốc Huy

1. BÀI GIẢNG VLĐC 2 Chương 7: THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL Th.S Đỗ Quốc Huy doquochuy22@yahoo.com CẬP NHẬT NGÀY 4/4/2009
2. MỤC TIÊU Sau khi học xong chương này, SV phải : Nêu được các luận điểm của thuyết Điện – Từ của Maxwell. Viết được các phương trình Maxwell. Nêu được các tính chất của sóng điện từ.
3. NỘI DUNG I – Nội dung thuyết Điện – Từ của Maxwell II – Sóng điện từ tự do
4. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 1 – Đặt vần đề: Dòng điện sinh ra từ trường. Từ trường biến thiên làm suất hiện dòng điện trong mạch kín. Các điện tích xuất hiện trên máy bay đang bay thì phi công chỉ quan sát được điện trường; nhưng người dưới đất còn quan sát được cả từ trường. Vậy, giữa điện trường và từ trườngcó mối quan hệ như thế nào? – Maxwell là người trả lời câu hỏi đó. Nội dung của thuyết Maxwell gồm 2 luận điểm:
5. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 2 – Luận điểm 1 – điện trường xoáy: “Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện một điện trường xoáy”.  B B Ed = − dS (1) (L) (S) t B rot E = − (2) t E (1) và (2) là pt Maxwell – Faraday ở dạng tích phân và vi phân.
6. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 2 – Luận điểm 1 – điện trường xoáy: Trong hệ tọa độ Descartes, toán tử i j k    rot E = x y z E x E y E z EBzxEy − = − y  z  t EE By (2) Tương đương với: xz− = − z  x  t Ey EBxz − = − x  y  t
7. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 3 – Luận điểm 2 – dòng điện dịch: “Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện từ trường”. Điện trường biến thiên theo thời gian tương Dòng Sinh ra Từ đương với một dòng điện, điện trường Maxwell gọi đó là dòng điện dịch. Điện Do sự biến thiên của điện trường trường sinh ra, không phải do sự chuyển bt Dòng động có hướng của điện tích. điện dịch. Không tỏa nhiệt Joule - Lenz
8. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 3 – Luận điểm 2 – dòng điện dịch: Phương trình Maxwell – Ampère: → → → → D → Dạng tích phân: Hd=+ ( j )d S (3) t (C) (S) → →→ D Dạng vi phân: rot H=+ j (4) t → j : mật độ dòng điện dẫn. →  D → = j : mật độ dòng điện dịch. t dich
9. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Từ trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện một điện trường xoáy. Điện trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện từ trường. Như vậy, điện trường và từ trường không tồn tại độc lập mà liện hệ chặt chẽ vời nhau, chuyển hóa lẫn nhau, tạo thành một trường duy nhất – trường điện từ. Trường điện từ được Maxwell nêu lên đầu tiên và để diễn tả định lượng, ông đã thiết lập các phương trình – gọi là hệ phương trình Maxwell.
10. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Dạng vi phân Dạng tích phân → → → → B → →  B Ed=− .d S (1b) (1a) t rot E =− (C) (S) t → → → → → D → →→ D Hd=+ ( j )d S (2b) rot H=+ j (2a) t t (C) (S) →→ → Dd S= q divD = (3a)  trong(S) (3b) (S) →→ → (4b) div B= 0 (4a) Bd S= 0 (S)
11. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: Ngoài ra còn có các phương trình liên hệ: →→ Môi trường điện môi: (5) DE= 0 →→ Môi trường điện dẫn: jE= (6) →→ Môi trường từ môi: BH= 0 (7)
12. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 5 – Năng lượng điện từ trường: Bằng tổng năng lượng điện trường và năng lượng từ trường: WWW=+Em W=  dV +  dV = (  +  )dV =  dV E m E m (V)(V)(V)(V) → → → → Là mật độ Trong đó: EDBH+ năng lượng  = Em +  = 2 điện từ.
13. I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 6 – Ý nghĩa của thuyết Maxwell: Là một bước phát triển hoàn thiện những hiểu biết của con người về điện, từ. Thuyết Maxwell không những giải thích triệt để các hiện tượng điện từ đã biết mà nó còn cho phép tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ (mà gần 30 năm sau thực nghiệm mới xác lập được). Nghiên cứu bằng lý thuyết về các tính chất của sóng điện từ, Maxwell đã khẳng định ánh sáng cũng là sóng điện từ.
14. II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 1 – Phương trình sóng điện từ tự do: Điện từ trường lan truyền trong không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ. Sóng điện từ lan truyền trong chân không gọi là sóng điện từ tự do. Hệ pt Maxwell mô tả sóng đt tự do: → → →  B →  D rot E =− (1a) rot H = (2a) t → t → div B= 0 (4a) div D= = 0 (3a) →→ →→ DE=0 (5) BH=0 (7)
15. II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 2 – Tính chất tổng quát của sóng điện từ tự do: Sóng điện từ có đầy đủ các tính chất của sóng cơ học như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa. Ngoài ra còn có các tính chất tổng quát sau: a) Sóng điện từ là sóng ngang. b) Sóng điện sóngO điện từ truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không. c) Vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không là 1 c= = 3.108 m / s 00 d) Sóng điện từ có mang năng lượng.
16. II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 3 – Thang sóng điện từ:
17. II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 4 – Ứng dụng của sóng điện từ: a) Trong thông tin liên lạc vô tuyến: b) Nấu nướng bằng sóng điện từ (lò viba):