Không gian tự học dành cho sinh viên UET

Chào mừng đến với UETệ

Tìm bài giảng theo học phần, hiểu lại những kiến thức nền và ôn tập theo nhịp học của bạn.

Bài giảng
Đọc Notes, ôn nhanh với Slides và luyện tập qua các bài có lời giải.
Wiki kiến thức
Tra cứu thuật ngữ và bổ sung kiến thức nền ngay khi cần.
Góc học tập
Ôn bằng flashcard, lưu ghi chú và hẹn giờ tập trung.

Bạn có thể xem lại phần giới thiệu ở cuối trang.

Buy me a coffee

Website hoàn toàn miễn phí. Nếu thấy hữu ích, bạn có thể tặng tôi một cốc cà phê theo thông tin dưới đây nhé!

Mã QR chuyển khoản Momo
Ngân hàng
Momo
Tên người nhận
MOMO - TKTH DO MINH TRI
Số tài khoản
01MMTTT0060405229
Skip to content

Định luật Ampere

Chủ đề 6 / 8
  1. 1. Từ trường do điện tích chuyển động
  2. 2. Định luật Biot–Savart
  3. 3. Từ trường của dây dẫn thẳng
  4. 4. Lực giữa hai dây dẫn song song
  5. 5. Từ trường trên trục vòng dây
  6. 6. Định luật Ampere
  7. 7. Ứng dụng định luật Ampere
  8. 8. Vật liệu từ

28.6 Định luật Ampere ​

tính trường bằng cách cộng đóng góp của từng phần tử . Với phân bố dòng có đối xứng cao, ta có thể tìm trường nhanh hơn bằng cách thành phần tiếp tuyến của B→ trên một đường kín. liên hệ tích phân ấy với dòng điện xuyên qua mặt được đường kín bao quanh.

cho xét thông lượng qua một mặt kín để liên hệ điện trường với bên trong. Thông lượng từ qua mọi mặt kín lại luôn bằng không, nên định luật Gauss cho không cho ta cách tính trực tiếp trường do một cụ thể. dùng một đại lượng khác: đường của thành phần trường song song với đường đi.

Tích phân đường kín quanh dây thẳng dài ​

Với dây dẫn thẳng rất dài mang dòng I, đường sức từ là các đường tròn đồng tâm quanh dây. Ở khoảng cách r, độ lớn trường là B=μ0I/(2πr). Chọn đường là đường tròn bán kính r có tâm trên dây.

Ba đường tích phân cho thấy dấu tích phân Ampere phụ thuộc chiều đi và dòng điện được bao
Ba đường tích phân cho thấy dấu tích phân Ampere phụ thuộc chiều đi và dòng điện được bao
Chú thích:
  • (a) Đường tích phân là đường tròn tâm tại dây dẫn; tích phân đi quanh đường tròn theo chiều ngược kim đồng hồ. ((a) Integration path is a circle centered on the conductor; integration goes around the circle counterclockwise.)
  • Kết quả: Tích phân vòng bằng μ₀I. (Result: ∮B·dl = μ₀I.)
  • (b) Đường tích phân giống trường hợp (a), nhưng đi quanh đường tròn theo chiều kim đồng hồ. ((b) Same integration path as in (a), but integration goes around the circle clockwise.)
  • Kết quả: Tích phân vòng bằng −μ₀I. (Result: ∮B·dl = −μ₀I.)
  • (c) Đường tích phân không bao quanh dây dẫn. ((c) An integration path that does not enclose the conductor.)
  • Kết quả: Tích phân vòng bằng không. (Result: ∮B·dl = 0.)

Hình 28.16: Đường kín bao dây cho +μ0I hoặc −μ0I tùy chiều đi. Đường không bao dây cho tích phân bằng không.

Trên đường tròn đồng tâm, B→ tiếp tuyến với đường đi và có độ lớn không đổi. Nếu đi theo chiều cùng hướng trường, là:

∮B→⋅dl→=∮Bdl=B(2πr)=μ0I2πr(2πr)=μ0I.

Giá trị không phụ thuộc bán kính đường tròn. Nếu đi theo chiều ngược trường, tích vô hướng đổi dấu và bằng −μ0I.

Để xác định dấu , khum các ngón tay phải theo chiều . Ngón cái chỉ chiều dòng điện dương xuyên qua mặt do đường kín bao. Với đường đi ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn vào mặt giấy, dòng hướng ra khỏi mặt giấy là dương. Dòng đi vào mặt giấy là âm.

Nếu đường kín không bao dây, vẫn có thể bằng không dù B→ khác không trên nhiều đoạn. Trong hình (c), các cung tròn đóng góp trái dấu. Hai đoạn thẳng nối cung vuông góc với trường nên đóng góp bằng không. Tích phân tổng triệt tiêu.

Gọi bán kính hai cung là r1 và r2. Trên cung thứ nhất, đóng góp là B1(2πr1)=μ0I. Trên cung đi ngược chiều trường, đóng góp là −B2(2πr2)=−μ0I. Vì hai đoạn thẳng vuông góc với trường, tổng bằng:

∮B→⋅dl→=μ0I−μ0I=0.

Vì sao dạng tổng quát không phụ thuộc hình dạng đường đi ​

Đường kín bất kỳ cho thấy góc quét tổng phụ thuộc đường có bao dây hay không
Đường kín bất kỳ cho thấy góc quét tổng phụ thuộc đường có bao dây hay không

Hình 28.17: Thành phần tiếp tuyến của trường được viết qua độ biến thiên góc nhìn từ dây đến phần tử đường đi.

Với dây thẳng dài, ở mỗi điểm cách dây một khoảng r, trường có độ lớn B=μ0I/(2πr). Gọi ϕ là góc giữa dl→ và B→. vi phân là:

B→⋅dl→=Bdlcos⁡ϕ.

Từ hình học, dlcos⁡ϕ=rdθ, với dθ là góc có đỉnh trên dây mà phần tử dl→ chắn ra. Vì vậy:

∮B→⋅dl→=∮μ0I2πr(rdθ)=μ0I2π∮dθ.

Nếu đường kín bao dây một lần, tia nối dây với điểm đang chạy quanh đường quét tổng góc 2π. Nếu đường kín không bao dây, tổng độ biến thiên góc bằng không nên bằng không. Khi đường bao dây, dấu của I theo quy tắc bàn tay phải. Vì vậy:

∮B→⋅dl→=μ0I.
(28.19)

Điều quan trọng không phải đường đi tròn hay méo. Điều quyết định là đại số được đường kín bao quanh.

Phát biểu tổng quát của định luật Ampere ​

Quy tắc bàn tay phải và dòng điện đại số được một đường kín bao quanh
Quy tắc bàn tay phải và dòng điện đại số được một đường kín bao quanh
Chú thích:
  • Hình phối cảnh. (Perspective view)
  • Đường kín tùy ý bao quanh các dây dẫn. (Arbitrary closed curve around conductors)
  • Hình nhìn từ trên. (Top view)
  • Mặt phẳng chứa đường kín. (Plane of curve)
  • Khum các ngón tay phải quanh đường tích phân; ngón cái chỉ chiều dòng điện dương. (Curl the fingers of your right hand around the integration path: Your thumb points in the direction of positive current.)
  • Định luật Ampere: Tích phân vòng của từ trường quanh một đường kín bằng μ₀ nhân với tổng dòng điện được bao bởi đường đó. (Ampere’s law: If we calculate the line integral of the magnetic field around a closed curve, the result equals μ₀ times the total enclosed current.)

Hình 28.18: Chiều khum ngón tay theo đường xác định chiều dương qua mặt.

Nếu đường kín bao nhiều dây, tổng trên đường đi là tổng vectơ trường của từng dây. Do tính tuyến tính của , tích phân tổng bằng tổng các tích phân riêng. Mỗi dây được bao góp với dấu theo quy tắc bàn tay phải. Dây không bị bao vẫn có thể tạo trường tại mọi điểm trên đường, nhưng đóng góp của nó vào tích phân quanh đường kín bằng không.

Gọi Iencl là tổng đại số các xuyên qua một mặt bất kỳ được giới hạn bởi đường . viết:

∮B→⋅dl→=μ0Iencl.
(28.20)

Định luật đúng cho các đường kín và dây dẫn có hình dạng bất kỳ trong điều kiện từ tĩnh. Trong phạm vi này, phải không đổi theo thời gian và không có biến thiên theo thời gian. Khi điện trường biến thiên, phương trình cần thêm số hạng dòng điện dịch, nội dung được xét ở phần tiếp theo của điện từ học.

Dòng điện trái dấu bằng nhau xuyên qua mặt khiến tích phân quanh đường bao bằng không
Dòng điện trái dấu bằng nhau xuyên qua mặt khiến tích phân quanh đường bao bằng không

Hình 28.19: Hai bằng nhau, ngược chiều làm Iencl=0. bằng không nhưng dọc đường không nhất thiết bằng không.

Không đồng nhất tích phân Ampere với công cơ học ​

Trong tĩnh điện, đường kín của bằng không, liên hệ với tính bảo toàn của lực điện tĩnh. Tích phân ∮B→⋅dl→ có ý nghĩa khác. Nó đếm đại số xuyên qua mặt được đường kín bao, chứ không đo công của .

chuyển động là F→=qv→×B→. Lực này phụ thuộc vận tốc và luôn vuông góc với vận tốc, nên không thể xem là lực thế chỉ phụ thuộc vị trí. Vì vậy không thể suy ra tính bảo toàn của lực từ từ giá trị của Ampere.

Tự kiểm tra 28.6 ​

Một đường sức từ đỏ đi xuyên qua tâm của một nam châm vĩnh cửu. Nam châm không nối với nguồn suất điện động. Hãy xác định chiều của tổng hợp bị đường sức ấy bao.

Lập luận: Đi dọc đường sức theo chiều ngược kim đồng hồ. Tại mọi điểm, B→ và dl→ cùng chiều nên B→⋅dl→>0. quanh đường dương, do đó Iencl>0. Theo quy tắc bàn tay phải, tổng hợp hướng ra khỏi mặt giấy. Vì ngoài nam châm không có dòng điện, các dòng vi mô tương ứng nằm bên trong vật liệu nam châm.

Tài liệu tham khảo ​

Young & Freedman, University Physics with Modern Physics, ấn bản 15, mục 28.6, trang 930–933.

Toàn bộ chủ đề của Lecture 08Về trang chương: bản đồ, Slides và Kiến thức nền
Ảnh & sơ đồ
100%
Ảnh tài liệu được phóng to