Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Thuyết điện. Từ của Maxwell - Đỗ Quốc Huy

CẬP NHẬT NGÀY 4/4/2009 
THUYẾT ĐIỆN - TỪCỦA MAXWELL 
Th.S Đỗ Quốc Huy 
doquochuy22@yahoo.com 
BÀI GIẢNG VLĐC 2 
Chương 7: 
MỤC TIÊU 
Sau khi học xong chương này, SV phải : 
	 Nêu được các luận điểm của thuyết Điện – Từ của Maxwell. 
	 Viết được các phương trình Maxwell. 
	Nêu được các tính chất của sóng điện từ. 
NỘI DUNG 
I – Nội dung thuyết Điện – Từ của Maxwell 
II – Sóng điện từ tự do 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Dòng điện sinh ra từ trường. 
Từ trường biến thiên làm suất hiện dòng điện trong mạch kín. 
1 – Đặt vần đề: 
Các điện tích xuất hiện trên máy bay đang bay thì phi công chỉ quan sát được điện trường; nhưng người dưới đất còn quan sát được cả từ trường. 
Vậy, giữa điện trường và từ trườngcó mối quan hệ như thế nào? – Maxwell là người trả lời câu hỏi đó. 
Nội dung của thuyết Maxwell gồm 2 luận điểm: 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
“Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện một điện trường xoáy” . 
2 – Luận điểm 1 – điện trường xoáy: 
E 
B 
(1) 
(2) 
(1) và (2) là pt Maxwell – Faraday ở dạng tích phân và vi phân. 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Trong hệ tọa độ Descartes, toán tử 
2 – Luận điểm 1 – điện trường xoáy: 
(2) Tương đương với: 
3 – Luận điểm 2 – dòng điện dịch: 
“Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện từ trường”. 
Sinh ra 
Từ 
trường 
Dòng 
điện 
Điện 
trường 
bt 
Sinh ra 
Điện trường biến thiên theo thời gian tương đương với một dòng điện , Maxwell gọi đó là dòng điện dịch. 
Do sự biến thiên của điện trường sinh ra, không phải do sự chuyển động có hướng của điện tích. 
Không tỏa nhiệt Joule - Lenz 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Dòng điện dịch. 
3 – Luận điểm 2 – dòng điện dịch: 
Phương trình Maxwell – Ampère: 
Dạng tích phân: 
Dạng vi phân: 
(3) 
(4) 
: mật độ dòng điện dẫn. 
: mật độ dòng điện dịch. 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: 
Điện trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện từ trường. 
Như vậy, điện trường và từ trường không tồn tại độc lập mà liện hệ chặt chẽ vời nhau, chuyển hóa lẫn nhau, tạo thành một trường duy nhất – trường điện từ . 
Trường điện từ được Maxwell nêu lên đầu tiên và để diễn tả định lượng, ông đã thiết lập các phương trình – gọi là hệ phương trình Maxwell. 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Từ trường biến thiên theo thời gian đều làm xuất hiện một điện trường xoáy . 
4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Dạng vi phân 
Dạng tích phân 
(1a) 
(1b) 
(2a) 
(2b) 
(3a) 
(4a) 
(3b) 
(4b) 
4 – Điện từ trường – hệ phương trình Maxwell: 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Ngoài ra còn có các phương trình liên hệ: 
Môi trường điện môi: 
(5) 
Môi trường điện dẫn: 
(6) 
Môi trường từ môi: 
(7) 
5 – Năng lượng điện từ trường: 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Bằng tổng năng lượng điện trường và năng lượng từ trường: 
Trong đó: 
Là mật độ năng lượng điện từ. 
6 – Ý nghĩa của thuyết Maxwell: 
Thuyết Maxwell không những giải thích triệt để các hiện tượng điện từ đã biết mà nó còn cho phép tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ (mà gần 30 năm sau thực nghiệm mới xác lập được). 
I – THUYẾT ĐIỆN - TỪ CỦA MAXWELL: 
Là một bước phát triển hoàn thiện những hiểu biết của con người về điện, từ. 
Nghiên cứu bằng lý thuyết về các tính chất của sóng điện từ, Maxwell đã khẳng định ánh sáng cũng là sóng điện từ. 
II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 
Điện từ trường lan truyền trong không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ . 
1 – Phương trình sóng điện từ tự do: 
Hệ pt Maxwell mô tả sóng đt tự do: 
Sóng điện từ lan truyền trong chân không gọi là sóng điện từ tự do . 
(1a) 
(2a) 
(3a) 
(4a) 
(5) 
(7) 
II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 
a) Sóng điện từ là sóng ngang. 
2 – Tính chất tổng quát của sóng điện từ tự do: 
c) Vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không là 
b) Sóng điện sóng điện từ truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không. 
d) Sóng điện từ có mang năng lượng. 
O 
Sóng điện từ có đầy đủ các tính chất của sóng cơ học như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa. Ngoài ra còn có các tính chất tổng quát sau: 
II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 
3 – Thang sóng điện từ: 
II – SÓNG ĐIỆN TỪ TỰ DO: 
a) Trong thông tin liên lạc vô tuyến: 
4 – Ứng dụng của sóng điện từ: 
b) Nấu nướng bằng sóng điện từ (lò viba):