Thư Viện Công Thức Vật Lý

TỪ TRƯỜNG CỦA NAM CHÂM

1/Nam châm:

- Nam châm có hai cực cực bắc và cực nam. Hai nam châm cùng cực sẽ đẩy nhau, khác cực sẽ hút nhau.

- Nam châm vĩnh cửu là một vật thể được làm từ một vật liệu được từ hóa và tạo ra từ trường ổn định của chính nó.

Ví dụ: nam châm thẳng, nam châm chữ U.

2/ Từ tính của dây dẫn có dòng điện

- Dây dẫn có dòng điện (gọi tắt là dòng điện) cũng có từ tính như nam châm:

+ Dòng điện có thể tác dụng lực lên nam châm.

+ Nam châm có thể tác dụng lực lên dòng điện.

+ Hai dòng điện có thể tác dụng lực lên nhau.

- Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song nhau:

+ Khi hai dòng điện song song cùng chiều thì đẩy nhau

+ Khi hai dòng điện song song ngược chiều thì hút nhau

3/Lực từ: Lực từ là lực tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện hoặc giữa nam châm với dòng điện.

4/Khái niệm từ trường: Từ trường là môi trường vật chất xung quanh nam châm hoặc dòng điện và tác dụng lên nam châm hoặc dòng điện đặt trong nó.

ĐƯỜNG SỨC TỪ

1/Từ phổ : Từ phổ là hình dạng mạt sắt khi phủ lên tâm kính bên dưới là nam châm.

2/Đường sức từ : Đường sức từ là những đường vẽ dựa trên từ phổ trong không gian sao cho tiếp tuyến tại mổi điểm có phương trùng với phương từ trường tại điểm đó.

Ví dụ từ trường của nam châm thẳng

3/Đặc điểm:

+ Qua mỗi điểm trong không gian ta chỉ vẽ được mỗi đường sức từ,

+ Đường sức từ là những đường cong kín ở hai đầu hoặc vô hạn ở hai đầu.

+ Đường sức từ có chiều theo quy tác nắm tay phải , vào nam ra bắc.

TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT

1/Đinh nghĩa: Từ trưởng của Trái Đất là từ trường tạo bởi hai cực từ của Trái Đất gây nên.

2/Đặc điểm:

+ Có chiều vào nam ra bắc.

+ Trục giữa hai cực lệch $11,3°$ so với trục quay.

+ Từ trường hình thành do chuyển động của phần lõi Trái Đất.

3/Ứng dụng:

Dựa vào tác dụng của từ trường Trái đất lên nam châm người ta chế tạo la bàn để định hướng.

Từ quyển có tác dụng ngăn bão từ đến từ Mặt Trời.

HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

1/Khái niệm dòng điện cảm ứng 

a/Thí nghiệm: cho nam châm lại gần vòng dây kín nối với ampe kế.

Sơ đồ thí nghiệm

Kết quả: kim điện kế lệch khi nam châm đưa lại nên kết luận xuất hiện trong mạch dòng điện.

b/Định nghĩa: Dòng điện cảm ứng là dòng diện xuất hiện khi từ thông trong mạch kín biến thiên.

2/Hiện tượng cảm ứng điện từ

a/Suy luận : Khi đưa nam châm lại gần khung dây từ thông qua khung thay đổi con trong mạch thì có dòng điện khi nam châm đứng yên thì không có dòng điện  suy ra dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện khi từ thông biến thiên.

b/Định nghĩa : Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tường xuất hiện dòng điện cảm ứng khi từ thông trong mạch kín và chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.

ĐỊNH LUẬT LENZ VỀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG

1/Thí nghiệm:

Dùng một nguồn điện để chọn chiều dương trong mạch thông qua chiều kim điện kế (chiều từ trường ban đầu giống với nam châm).

+ Khi đưa nam châm SN lại gần vòng dây ( từ thông tăng) : dòng điện cảm ứng có chiều ngược chiều dương.

+ Khi đưa nam châm SN ra xa vòng dây (từ thông giảm); dòng điện cảm ứng có chiều cùng chiều dương

Kết luận: Khi từ thông giảm , từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ban đầu và ngược lại.

2/Phát biểu định luật

    Dòng điện cảm ứng trong mạch có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông ban đầu qua mạch kín.

3/Từ thông qua mạch kín C do chuyển động

    Khi từ thông qua mạch kín C biến thiên do kết quả của chuyển động thì từ trường cảm ứng có chiều chống lại chuyển động.

4/Ứng dụng : dòng điện Fu cô. máy biến áp , động cơ điện

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

1.Chất khí là môi trường không dẫn điện

Các phân tử khí không dẫn điện vì các phân tử khi đều ở trạng thái trung hòa điện, nên không tải điện ở điều kiện thường.

2.Dòng điện trong chất khí

Nhờ có các tác nhân các làm các phân tử khí bị ion hóa thành ion dương và electron tự do.Các hạt này đóng vai trò hạt tải điện

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dởi có hướng của các ion dương cùng chiều điện trường và các eelctron tự do ngược chiều điện trường.

3. Quá trình dẫn điện không tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.

- Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.

Nó có 3 đoạn rõ rệt:

+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.

+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.

+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.

4. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực

- Quá trình dẫn điện của chất khí có thể duy trì, không cần ta liên tục đưa hạt tải điện vào, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.

- Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

1. Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.

2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.

3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra êlectron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.

4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào, làm bật êlectron ra khỏi catôt và trở thành hạt tải điện.

Tuỳ cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.

Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện

TIA LỬA ĐIỆN VÀ HỒ QUANG ĐIỆN

1.Qúa trình dẫn điện tự lực

a/Định nghĩa :Qúa trình dẫn điện tự lực là quá trình xuất hiện dòng điện trong chất khí có thể tự duy trì không cần tạo ra các hạt tải điện.

b/Điều kiện: 

+ Dòng điện chạy qua làm tăng nhiệt độ , các phân tử khí bị ion hóa.

+ Cường độ điện trường trong không khí rất lớn làm phân tử khí bị ion hóa.

+Các điện cực bi nung nóng đỏ có thể phát ra electron.

+ Các ion dương có năng lượng lớn đập vào điện cực có thể phát ra 

2.Tia lửa điện

a/Định nghĩa: Tia lửa điện là quá trình dẫn điện tự lực khi điện trường đủ mạnh làm ion hóa chất khí thành ion dương và electron.

b/Điều kiện: Tia lửa điện có thể hình thành ở điều kiện thường khi điện trường tới ngưỡng 3.${10}^6$ V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.

c/Ứng dụng: Bộ phận đánh lửa sét ,từ đám mây giông.

3.Hồ quang điện

a/Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình dẫn điện tự lực của chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp , đặt vào hai điện thế không lớn có kèm nhiệt và phát sáng.

b/Điều kiện:

+ Làm cho hai đầu nóng đỏ, cung cấp điện trường đủ mạnh

+ Có dạng vòng cung và phát sáng giữa hai điện cực xung quanh có nhiệt độ cao nên dẫn điện tốt.

c/Ứng dụng : Hàn , đun chảy vật liệu, làm đèn phát sáng.

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

1/Định nghĩa chất điện phân

Chất điện phân là những dung dịch muối, axit ,bazo và các muối, bazo nóng chảy có tính chất cho dòng điện chạy qua.

Ví dụ: dung dịch HCL, Oxit nhôm nóng chảy.

2.Dòng điện trong chất điện phân

Khi các axit,bazo,muối hòa tan vào nước dễ phân li tạo thành các ion dương và các ion âm. Số lượng phân li [hụ thuộc nồng độ và nhiệt độ

Các ion chuyển động nhiệt hỗn loạn.Trong quá trình chuyển động các ion dương và ion âm có thể kết hợp lại tạo thành phần tử trung hòa.

KL: Dòng điện trong chất diên phân là sự chuyển dởi có hướng của các ion  dương cùng chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

HIỆN TƯỢNG XẢY RA Ở ĐIỆN CỰC

1.Bình điện phân: gồm hai điện cực làm bằng kim loại hay than chì được nhúng vào chất điện phân.

Kí hiệu:

2.Hiện tượng duơng cực tan:

Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương anot bi ăn mòn, cực âm có kim loại bám vào khi cho dòng điện một chiều chạy qua bình điện phân có ion kim loại trong dung dịch diện phân mà anot củng làm bằng chính kim loại ấy.

Ví dụ : Điện phân dung dịch $CuS{O}_4$ điện cực làm bằng đồng.

Tại Anot: Đồng trên điện cực nhường 2e và $S{O_4}^{2-}$ kéo  vào dung dịch: $Cu\to C{u}^{2+}+2e^{-}$

Tại Catot: các ion đồng di chuyển về phía catot nhận 2e trở thành đồng bám lên catot: $C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu$

Kết quả : Đồng trên điện cực anot giảm ,trên catot thì tăng.

3.Phản ứng phụ

Phản ứng phụ là phản ứng hóa học của các nguyên tử trung hòa hình thành khi các ion đến các điện cực nhường , nhận eclectron có thể tác dụng với các điện cực , dung môi.

Ví dụ: Điện phân dung dịch $H_{2}S{O}_4$ điện cực bằng than chì.

Tại Anot: Các ion $H^{+}$ đến nhận 2e trở thành phân tử khí  $2H^{+}+2e^{-}\to H_2\uparrow$

Tại Catot: Các ion $S{O_4}^{2-},O{H}^{-}$do nước phân li di chuyển đến nhưng chỉ $O{H}^{-}$ nhường bớt e để tạo thành khí $4O{H}^{-}-4e\to O_2+2H_{2}O$

Kết quả: Tạo ra khí $H_2,O_2$

Phân tích vận tốc v theo hai phương vuông góc và song song với cãm ứng từ.

$$\begin{gathered} v_x=v\cos \alpha \\ {v}_y=v\sin \alpha \end{gathered}$$

Với $\alpha$ là góc nhọn hợp bởi phương cảm ứng từ và vecto vận tốc.

Vật thực hiện cùng lúc hai chuyển động : chuyển động tròn đều với vận tốc $v_x$ và đi lên thẳng đều với vận tốc $v_y$.

Điện tích chuyển động có quỹ đạo là hình đinh ốc.

Khi đó chu kì chuyển động của điện tích: 

$T=\frac{2\mathrm{\pi m}}{\left|q\right|B}$

Bán kính quỹ đạo:

$R=\frac{m{v}_x}{\left|q\right|B}$

Bước ốc là khoảng cách khi điện tích đi được sau  một chu kì.

$h=v_{y}T$

Với $T\left(s\right)$ chu kì cảu chuyển động.

$m\left(kg\right)$ khối lượng hạt.

$q \left(C\right)$ điện tích của hạt.

$B \left(T\right)$ cảm ứng từ.

$I_{AB}$ dòng điện trên đoạn AB

$U_{AB}$ hiệu điện thế giữa hai đầu AB

Ta chọn chiều dòng điện A đến B

Nếu dòng điện đi vào cực dương thì ta lấy $-\mathcal{E}$ và ngược lại ta lấy $+\mathcal{E}$.

Khi tính toán: $I>0$ thì dòng điện đúng chiều ban đầu chọn và ngược lại $I<0$ thì ngược chiều so với chiều đã chọn.

Ứng dụng: Dùng để tính hiệu điện thế giữa hai điểm.

Khi thanh di chuyển về bên phải làm tăng từ thông qua mạch vì vậy theo quy tăc nắm phải từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều B ban dầu , dòng điện cảm ứng sẽ đi từ M đến N.

Độ biến thiên từ thông

$∆\varphi =NBv∆t.l$

Suất điện động cảm ứng

$e_c=\frac{∆\varphi }{∆t}=Bvl$

Muốn dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại ta di chuyển thanh về bên trải hay đổi chiều cảm ứng từ

Độ biến thiên từ thông khi thanh quay hết 1 chu kì

$∆\varphi =n.∆t.B.\pi l^2$

Số vòng quay trong thời gian $∆t$

$n\text{'}=n∆t=\frac{\omega ∆t}{2\pi }$

Suất điện động trong thanh

$e_c=\frac{∆\varphi }{∆t}=\frac{1}{2}B{l}^2\omega$

Với ${\alpha }_2=\left(\widehat{\overrightarrow{n\text{'}};\overrightarrow{B}}\right)$ góc lệch với cảm ứng từ lúc sau.

      ${\alpha }_1=\left(\widehat{\overrightarrow{n};\overrightarrow{B}}\right)$ góc lệch với cảm ứng từ lúc đầu

 $∆t$ thời gian quay khung.