Giao diện
28.7 Ứng dụng định luật Ampere
giúp tìm khi hình học tạo đủ đối xứng để chọn một đường kín đơn giản. Ba ví dụ tiêu biểu là dây trụ có dòng phân bố đều, và . Mỗi trường hợp đòi hỏi chọn đúng dòng điện được bao và nêu rõ nơi các kết quả gần đúng có hiệu lực.
Chiến lược giải bài toán bằng định luật Ampere
luôn đúng trong điều kiện áp dụng, nhưng chỉ giúp tính trực tiếp
- Xác định đại lượng cần tìm, thường là độ lớn và chiều của
theo vị trí. - Chọn đường kín đi qua điểm cần khảo sát. Đường này không nhất thiết là biên vật lý. Nó có thể nằm trong không khí, bên trong dây hoặc đi qua nhiều môi trường.
- Tận dụng đối xứng để chọn đường sao cho trường tiếp tuyến và có độ lớn không đổi trên một đoạn. Trên các đoạn còn lại, cố gắng để trường vuông góc với đường đi hoặc gần bằng không.
- Tính
bằng trường tổng tại từng điểm. Không bỏ trường do các nằm ngoài đường kín. - Tính
theo dấu. Khum ngón tay phải theo chiều , ngón cái xác định chiều dương. - Dùng (28.20) để giải đại lượng cần tìm, rồi kiểm tra đơn vị và giới hạn theo vị trí.
Nếu
Dây dẫn thẳng dài

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: Dòng chạy ra khỏi mặt giấy tạo trường ngược chiều kim đồng hồ.
Xét dây thẳng dài mang dòng
Do đó:
Định luật cũng xác định chiều trường qua chiều đi trên đường và dấu của . Ví dụ, nếu dòng đi ra khỏi mặt giấy thì khum ngón tay theo dòng, trường quanh dây đi ngược chiều kim đồng hồ.
Ví dụ 28.7: Trường của dây dẫn thẳng dài
Tìm trường do dây thẳng dài mang dòng
Nếu chiều ngược hướng trường do tạo ra, cả tích phân và dòng bao đều mang dấu âm. Độ lớn
Ví dụ 28.8: Dây trụ đặc có dòng phân bố đều

Hình 28.20: Với
Một dây dẫn hình trụ bán kính
Bên trong dây,
Mật độ là dòng trên một đơn vị diện tích:
Đường tròn bán kính
Áp dụng trên đường tròn này:
Trường tăng tuyến tính theo
Bên ngoài dây,
Đường bao toàn bộ dòng
Ở ngoài dây, trường giống trường của một dây thẳng mang toàn bộ dòng

Hình 28.21: Độ lớn trường liên tục tại mặt dây, tăng tuyến tính bên trong và giảm theo
Đồ thị có điểm gấp độ dốc ở
Tự kiểm tra 28.7: Cáp đồng trục

Chú thích:
- Lớp vỏ dẫn điện hình trụ. (Hollow conducting cylinder)
- Chất cách điện. (Insulator)
- Dây dẫn trung tâm. (Central wire)
Một cáp đồng trục có dòng
Lập luận: Chọn đường tròn đồng tâm bán kính lớn hơn bán kính ngoài của cáp. Đối xứng yêu cầu trường ngoài tiếp tuyến và có độ lớn không đổi trên đường tròn. Dòng đại số được bao bằng không vì hai dòng triệt tiêu:
cho
Ví dụ 28.9: Trường bên trong ống dây dài

Hình 28.22: Ở gần trung điểm, các đường sức bên trong gần song song và cách đều. Với ống dây dài, một nửa số đường sức đi ra ở hai đầu, nửa còn lại rò qua phần dây quấn giữa trung điểm và đầu ống.
Một gồm các vòng dây quấn sít trên mặt trụ. Gọi
Khi hơn nhiều đường kính và các vòng quấn sít, trường bên trong gần đều, gần song song với trục. Trường bên ngoài gần trung điểm rất nhỏ. Chọn đường Ampere hình chữ nhật có một cạnh dài

Chú thích:
- Đường tích phân. (Integration path)
- Phần giữa của ống dây. (Central part of solenoid)
Hình 28.23: Chỉ cạnh dài bên trong đóng góp đáng kể vào .
Trên cạnh trong,
Trong chiều dài
Cạnh trong không cần nằm trên trục. Kết quả vì vậy cho thấy trường ở vùng giữa gần như đồng đều trên toàn tiết diện. Trên trục, trường đạt giá trị lớn nhất ở tâm. Với rất dài, độ lớn ở mỗi đầu bằng một nửa giá trị tại tâm. Với ống dây hữu hạn, đây là xấp xỉ, như đường biểu diễn cho một ống dây dài bốn lần đường kính.

Hình 28.24: Trường giảm ở hai đầu và bằng khoảng một nửa giá trị giữa ống trong mô hình dài.
Ví dụ 28.10: Trường của ống dây hình xuyến

Chú thích:
- Đường 1. (Path 1)
- Đường 2. (Path 2)
- Đường 3. (Path 3)
- Từ trường hầu như chỉ giới hạn trong vùng được các vòng dây bao quanh (màu xanh). (The magnetic field is confined almost entirely to the space enclosed by the windings (in blue).)
Hình 28.25: Đường 1 nằm trong lỗ, đường 2 nằm trong vùng lõi, còn đường 3 nằm phía ngoài các vòng dây.
Một được quấn sít với
Đường 1, trong lỗ xuyến: Đường đi không bao . Vì thế
Đường 3, phía ngoài xuyến: Mỗi vòng dây xuyên qua mặt do đường 3 bao hai lần theo hai chiều ngược nhau. Tổng dòng đại số bằng không, do đó
Đường 2, trong lõi xuyến: Đường tròn bán kính
Chiều trường theo quy tắc bàn tay phải gắn với chiều và chiều dòng trong các vòng. Trường trong lõi không đồng đều trên toàn tiết diện vì phụ thuộc khoảng cách
Trong xuyến thật, các vòng dây là những đoạn của một đường xoắn chứ không phải các vòng tròn hoàn hảo. Vì vậy trường ngoài không bằng không tuyệt đối. Ước lượng xuyến như một vòng lớn cho trường ngoài nhỏ hơn trường trong khoảng hệ số
Các biểu thức của thẳng và được suy ra trong chân không. Với nhiều ứng dụng, chúng cũng gần đúng trong không khí hoặc trong lõi không từ tính, không siêu dẫn. Nếu lõi có tính chất từ đáng kể, cần tính đến và dùng thích hợp.
Tài liệu tham khảo
Young & Freedman, University Physics with Modern Physics, ấn bản 15, mục 28.7, trang 933–937.