Sách Vật lý/Điện từ

Hiện tượng vật lý vật phát sinh ra từ trường tự nhiên như Đá từ hay khi có dòng điện khác không đi qua vật dẩn điện Cọng dây thẳng dẩn điện, Vòng tròn dẩn điện, Cuộn từ dẩn điện,

Nam châm

Nam châm là một vật có khả năng tạo ra từ trường vô hình và có lực từ có khả năng hút các vật liệu sắt nằm kề bên nam châm .

Thí dụ

Nam châm vành hút sắt ở dưới

Tính chất Nam châm thường

Nam châm là một vật liệu hoặc vật thể tạo ra từ trường. Từ trường này vô hình và có khả năng tạo ra lực từ hút các vật liệu sắt nằm kề bên nam châm . Mọi Nam cha6m đều có các tính chất sau

Mọi Nam châm đều có 2 cực , Cực bắc [N] và Cực nam [S] .

Từ trường tạo ra từ các đường sức lực (Lực từ) đi từ cực bắc đến cực nam .

Lực từ của nam châm có khả năng hút vật liệu từ như Sắt, Nam châm khác về hướng mình

Nam châm điện

Nam châm điện là một loại nam châm tạo ra từ mắc nối Điện với Dẩn điện có khả năng như Nam châm

Nam châm điện thường

Từ cảm

Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây. Định luật Ampere cho răng

Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây đó

Được tính bằng công thức sau

$B=LI$

Sau đây là Từ cảm của các dẩn điện

Từ trường của cộng dây thẳng dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi r}{l}}I$
Từ trường của vòng tròn dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi }{l}}I$
Từ trường của N vòng tròn dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {N\mu }{l}}I$

Từ thông

$\phi =B=LI$

$-\phi =NB=NLI$

Nam châm điện vỉnh cửu

Lối hoạt động

Hiện tượng Cảm ứng từ của cuộn từ dẩn điện có khả năng biến từ vật nằm trong các vòng tròn từ của cuộn từ trở thành nam châm điện vĩnh cửu

Định luật	Dạng phương trình vi phân	Dạng tích phân
Định luật Gauss:	$\nabla \cdot \mathbf {D} =\rho$	$\oint _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A} =\int _{V}\rho dV$
Đinh luật Gauss cho từ trường (sự không tồn tại của từ tích):	$\nabla \cdot \mathbf {B} =0$	$\oint _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} =0$
Định luật Faraday cho từ trường:	$\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$	$\oint _{C}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l} =-\ {d \over dt}\int _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A}$
Định luật dòng điện Ampere (với sự bổ sung của Maxwell):	$\nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {J} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}$	$\oint _{C}\mathbf {H} \cdot d\mathbf {l} =\int _{S}\mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} +{d \over dt}\int _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A}$

Từ nhiểm

$B=LI$

$H={\frac {B}{\mu }}={\frac {LI}{\mu }}$

• Điện tích

Dòng điện

Chuyển động của các hạt mang điện theo một hướng xác định được gọi là dòng điện. Thí dụ dòng điện bao gồm Sét là một dòng điện mạnh, gồm các ion hay electron di chuyển bởi lực Culông giữa các đám mây mang điện trái dấu, hoặc giữa đám mây tích điện và mặt đất . Gió Mặt Trời, là các điện tích bay ra từ Mặt Trời, khi rơi vào khí quyển Trái Đất có thể gây ra hiện tượng cực quang. Dòng di chuyển của các electron trong dây kim loại khi nối giữa hai điện cực của một pin. Trong điện tử học, dòng điện có thể là dòng chuyển động của electron trong dây dẫn điện kim loại, trong các điện trở, hay là dòng chuyển động của các ion trong pin, hay dòng chảy của các hố điện tử trong vật liệu bán dẫn. Trong plasma, các electron, ion âm và dương có thể di chuyển tự do, và sẽ di chuyển thành dòng, khi nằm trong điện trường. Trong nước đá hay một số chất rắn điện phân, các proton có thể di chuyển thành dòng điện.

Ký hiệu và đơn vị đo lường

Dòng điện có ký hiệu I đo bằng đơn vị Ampere A được tính bằng công thức

$I={\frac {Q}{t}}$

$1A={\frac {1C}{1s}}$

Định luật Dòng điện

Định luật Ohm

V, I và R là các đại lượng đặc trưng của định luật Ohm

Định luật Ohm cho rằng cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với điện thế và tỉ lệ nghịch với điện kháng của mọi vật dẩn điện

$I={\frac {V}{R}}$

Với

$I$ là cường độ dòng điện ($A$)

$V$ là hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch ($V$)

$R$ là điện trở ($\Omega$)

Định luật Ohm vi phân

Ngoài ra, để xét đến trạng thái dòng điện tại từng yếu tố vi phân của dòng điện, người ta còn dùng 1 dạng khác của định luật Ohm đó là định luật Ohm vi phân:

$j=\sigma E={\frac {E}{\rho }}$

Với:

$j={\frac {dI}{dS}}$ là mật độ dòng điện ($A.m^{-2}$)

$\sigma ={\frac {1}{\rho }}$ là độ dẫn điện ($\Omega ^{-1}.m^{-1}$)

$E$ là cường độ điện trường ($V.m^{-1}$)

Định luật Watt

$P=IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}$

Định luật Ampere

$B=LI={\frac {\mu }{A}}I$

Dòng điện của dẫn điện

	Hình	Công thức
Điện trở		$I={\frac {V}{R}}$
Cuộn cảm		$I={\frac {B}{L}}$
Tụ điện		$I={\frac {Q}{t}}$

• Từ trường

Từ trường tạo ra từ các đường lực từ bao quanh lấy vật chất sinh từ . Từ trường có ký hiệu B

]]

Từ trường

Từ cảm - Cường độ Từ trường

Từ định luật Gauss về mật độ từ trường

$\int BdA=BA=\mu I$

Ta có định luật Ampere

$B={\frac {\mu }{A}}I=LI$

Cộng dây thẳng dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi r}{l}}I$
Vòng tròn dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi }{l}}I$
N vòng tròn dẩn điện		$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {N\mu }{l}}I$

Từ nhiểm - Cường độ Từ nhiểm

Định luật Gauss

$\phi =\int Bds=BA=\mu I$

Định luật Ampere

$H={\frac {B}{\mu }}={\frac {I}{A}}$

Từ thông - Mật độ Từ cảm

Cường độ Từ thông được tính theo định luật Lentz

$\phi =-NB=-NLI$

Điện cảm ứng từ thông

Điện cảm ứng từ được tính theo Định luật Faraday

$-\epsilon ={\frac {d}{dt}}\phi$

Cuộn từ của 1 vòng tròn dẩn điện		$-\epsilon ={\frac {d}{dt}}\phi ={\frac {d}{dt}}LI=L{\frac {d}{dt}}I$
Cuộn từ của N vòng tròn dẩn điện		$-\epsilon ={\frac {d}{dt}}\phi ={\frac {d}{dt}}NLI=NL{\frac {d}{dt}}I$ $-\epsilon =-{\frac {d}{dt}}NB=-{\frac {d}{dt}}NLI=-NL{\frac {d}{dt}}I$

Định luật Từ trường

Các Định luật điện từ được phát triển bởi nhiều nhà khoa học gia

Định luật Coulomb	$F_{Q}=K{\frac {Q_{+}Q_{-}}{r^{2}}}$
Định luật Lorentz	$F_{EB}=F_{E}+F_{B}=QE\pm QvB=Q(WE\pm vB)$
Định luật Ampere	$I=\int Hdl$
Định luật Gauss	$\Phi _{E}=\oint _{S}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {A} ={1 \over \epsilon _{o}}\int _{V}\rho \ dV={\frac {Q_{A}}{\epsilon _{o}}}$ $\Phi _{B}=\oint _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {s} =\mu _{0}I_{\mathrm {enc} }$
Định luật Lentz	$-\phi =-B$
Định luật Faraday	$-\epsilon =-\int Edl=-{\frac {d\phi _{B}}{dt}}$
Định luật Maxwell-Ampere	$\oint _{C}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} +{\mathrm {d} \over \mathrm {d} t}\iint _{S}\mathbf {D} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A}$ $\oint _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {s} =\mu _{0}I_{\mathrm {enc} }+{\frac {d\mathbf {\Phi _{E}} }{dt}}$

Phương trình Vec tờ Điện từ Maxwell

Tên	Dạng phương trình vi phân	Dạng tích phân
Định luật Gauss:	$\nabla \cdot \mathbf {D} =\rho$	$\oint _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A} =\int _{V}\rho dV$
Đinh luật Gauss cho từ trường (sự không tồn tại của từ tích):	$\nabla \cdot \mathbf {B} =0$	$\oint _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} =0$
Định luật Faraday cho từ trường:	$\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$	$\oint _{C}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l} =-\ {d \over dt}\int _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A}$
Định luật Ampere (với sự bổ sung của Maxwell):	$\nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {J} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}$	$\oint _{C}\mathbf {H} \cdot d\mathbf {l} =\int _{S}\mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} +{d \over dt}\int _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A}$

Phương trình Vec tờ truyền sóng điện từ Laplace

Trong chân không không có điện

Trong trường hợp điện trường và/hoặc từ trường biến đổi trong chân không và không có dòng điện hay điện tích tự do trong không gian đang xét thì 4 phương trình Maxwell có dạng

$\nabla \cdot {\vec {E}}=0$
$\nabla \times {\vec {E}}=-{\frac {1}{T_{o}}}E$
$\nabla \cdot {\vec {B}}=0$
$\nabla \times {\vec {B}}=-{\frac {1}{T_{o}}}B$
$T_{o}=\mu _{o}\epsilon _{o}$

Trong môi trường vật chất

Dao động điện từ được Maxwell biểu diển dưới dạng 4 phương trình vector đạo hàm của 2 trường Điện trường, E và Từ trường, B

$\nabla \cdot {\vec {E}}=0$
$\nabla \times {\vec {E}}=-{\frac {1}{T}}E$
$\nabla \cdot {\vec {B}}=0$
$\nabla \times {\vec {B}}=-{\frac {1}{T}}B$
$T=\mu \epsilon$