Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 7: Trường điện từ

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 7: Trường điện từ

1. Ch−ơng 7 Tr−ờngđiệntừ
2. Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
3. 1. Luận điểm thứ nhất của MắcXoen (Maxwell) 1.1. Phát biểu luận điểm - - + + r Điện tr−ờng tĩnh r B đang tăng r r - + E E d l= 0 ∫ - - + + C C Điện tr−ờng xoáy r r r E d l≠ 0 E IC ∫ IC C Điện tr−ờng gây ra dòng điện cảm ứng có đ−ờng sức khép kín =>Điện tr−ờng xoáy. Luận điểm thứ nhất: Bấtkìmộttừtr−ờng nμo biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một điện tr−ờng xoáy
4. 1.2. Ph−ơng trình Mắcxoen-Faraday r SĐĐ cảm ứng B r d S dΦ d r r S ε = − m=( − B d S ) r C dt dt ∫ ld S r r ε =E d l r C Theo định nghĩa SĐĐ: C ∫ E r r d r r C ∫E d= l − B ∫ d S C dt S L−u số của véc tơ c−ờng độ điện tr−ờng dọc theo một đ−ờng cong kín bất kì bằng về giá trị tuyệt đối nh−ng trái dấu với tốc độ biến thiên theo thời gian của từ thông qua diện tích giới hạn bởi đ−ờng cong đó
5. Dạng vi phân ph−ơng trình ắcxoen-FaradayM r r r r r r d r r E d∫ l= rot ∫ E d∫E S d= l − B ∫ d S C S C dt S r r r r i j k r r d B r rot E= d S −) d ( S r ∂ ∂ ∂ ∫ ∫ dt rot= E S S r ∂x ∂y ∂z r ∂B E E E rot= E − x y z ∂t r r ∂E ∂E y r ∂E ∂E r ∂E y ∂E rot E= iz (- )+ j ( x - ) z + k ( - x ) ∂y ∂z ∂z ∂x ∂x ∂y ý nghĩa: Xác địnhr cnt− ệ i ộđ gđ− nờng ờ khi biết qui luậtbiến đổi từ tr−ờng theo thời gian
6. 2. Luận điểm thứ hai của MắcXoen (Maxwell) 2.1. Phát biểu luận điểm: Bất kì một điện tr−ờng nμo biến thiên theo thời gian cũng sinh ra từ tr−ờng 2.2. Ph−ơng trình MắcXoen-Ampe Dòng điện dịch lμ dòng điện t−ơng đ−ơng với điện tr−ờngbiến đổi theo thời gian về ph−ơng diện sinh ra từ tr−ờng dE I ≠ 0 dt dE R = 0 C dt K t
7. dE I = 0 C R dt Id t K dE ~ ≠ 0 dt Dòng qua tụ C lμ dòng điện dịch I d I=I Dòng qua R lμ dòng điện dẫn I d I I Mật độ dòng điện dịch: J =d = d S S dq 1 dq d q dσ I = J= =( ) = D=σ dt d S dt dt S dt dD Véc tơ mật độ dòng điện dịch bằng tốc J d = dt r độ biến thiên theo thời gian của véc tơ r ∂D Jd = cảm ứng điện ∂t
8. Xét về ph−ơng diện sinh ra từ tr−ờng thì bất cứ một điện tr−ờng nμo biến đổi theo thời gian cũng giống nh− một dòng điện gọi lμr dòng điện dịch r ∂D có véc tơ mật độ dòng J = r d t D véc tơ cảm ứng điện ∂ r r r Trong điện môi có phân cực nênDEP= ε + r r 0 e r ∂E ∂P J = ε + e d 0 r ∂t ∂t r r ∂D Ph−ơng trình MắcXoen-Ampe: JJ= + r r r tp J d S r ∂D ∂t Jd = ĐL về dòng tp (Ampe) ∂t S r r r H H d= l I r C ∫ tp ld C
9. r r r r ∂D r I= J d S = ( +) J d S tp ∫tp ∫ ∂t S S r r r r ∂D r PT M-A dạng tích phân H∫ d= l ∫ ( +) J d S C S ∂t L−u số của véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng dọc theo đ−ờng cong kín bất kì bằng c−ờng độ dòng điện toμn phần chạy qua diện tích giới hạn bởi đ−ờng cong kín đó r r r ∂D Ph−ơng trình M-A dạng vi phânrot= H + J ∂t ý nghĩa: Xác định c−ờngđộtừtr−ờng khi biết dòng vμ qui luật phân bố, biến đổi điện tr−ờng theo thời gian
10. 3. Tr−ờng điện từ vμ hệ thống PT Măcxoen Điện tr−ờng vμ từ tr−ờng đồng thời tồn tại trong không gian tạo thμnh một tr−ờng thống nhất gọi lμ tr−ờng điện từ Năng l−ợng tr−ờng điện từ: mậtđộnăngl−ợng 1 1 ϖ =ϖ=+ ϖ ε(EH) ε +2 μ(2 μ ED = BH + ) e m 2 0 0 2 Năng l−ợng tr−ờng điện từ trong thể tích V 1 =W ϖ =( dV E ε ε2 + H2 μ ) μ dV ∫ ∫ 0 0 V 2 V 1 (= ED∫ + BH ) dV 2 V
11. Hệ thống PT Măcxoen • Dạng tích phân: p/t -FM p/t -AM r r r d r r r r r ∂D r E d= l − B d S H d= l ( +) J d S ∫dt ∫ ∫ ∫ ∂t C S C r r S D d S= q Đ/L O-G đối với điện tr−ờng ∫ ∑ i i S r r Đ/L O-G đối với ừt tr−ờng B∫ d S= 0 S Các p/t liên hệ tr−ờng r r r r r r BH= μ μ DE= ε0 ε JE= σ 0 • Dạng vi phân r r r div= D ρ r ∂B r r ∂D r rot= E − rot= H + J div B= 0 ∂t ∂t
12. Điện tr−ờng vμ từ tr−ờng r r r r E E(x,y,z,t)= H H(x,y,z,t)= r r r r D D(x,y,z,t)= B B(x,y,z,t)= Điện tr−ờng tĩnh vμ từ tr−ờng tĩnh r r r r E E= ( x , y , zH ) H= ( x , y , z ) r r r r D D= ( x , y , zB ) B= ( x , y , z ) r r r r H= 0 B= 0 E= 0 D= 0 r r r r r r r E∫ d l= rot 0 E= 0 H∫ d= lrot I H= J C C r r r r r D d S= q r B d S= div 0 B= 0 ∫ ∑ idiv= D ρ ∫ S i S r r r r BH= μ0 μ DE= ε0 ε
13. Sóng điện từ r r r r E E(x,y,z,t)= H H(x,y,z,t)= ρ = 0 r r r r r D D(x,y,z,t)= B B(x,y,z,t)= J= 0 r r r ∂B r ∂D rot= E − rot= H r ∂t r ∂t div D= 0 div B= 0 r r DE= ε ε r r 0 BH= μ0 μ nđ á o ựđ •D−ợc tồn tại sóng điện từ • Xây dựng thuyết điện từ ềv óngs ánh ángs λ=0,45ữ0,75 μm r •T−ớc thực nghiệm 20 năm