Cổng Thông Tin Đại Học, Cao Đẳng Lớn Nhất Việt Nam

Từ trường

KHOA Y DƯỢC HÀ NỘI

Thẳng tiến vào đại học chỉ với: Điểm lớp 12 Từ 6,5 Điểm thi từ 18 năm 2021

Từ trường là khu vực xung quanh một nam châm trong đó có tác dụng của từ tính. Chúng tôi sử dụng từ trường như một công cụ để mô tả cách phân bố lực từ trong không gian xung quanh và bên trong một vật có từ tính. Trong bài này, chúng ta hãy làm quen với từ trường và các đặc tính của nó.

Từ trường là gì?

Từ trường là vùng xung quanh một vật liệu từ tính hoặc một điện tích chuyển động mà lực từ tác dụng.

Một biểu diễn bằng hình ảnh của từ trường mô tả cách phân bố lực từ bên trong và xung quanh một vật liệu từ tính

Từ trường là trường vectơ trong vùng lân cận của nam châm, dòng điện hoặc điện trường thay đổi trong đó lực từ có thể quan sát được. Từ trường được tạo ra bởi các điện tích chuyển động và mômen từ nội tại của các hạt cơ bản gắn với một tính chất lượng tử cơ bản được gọi là spin. Từ trường và điện trường đều liên hệ với nhau và là thành phần của lực điện từ, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.

Biểu tượng B hoặc H
Đơn vị Telsa
Đơn vị cơ sở (Newton.Second) / Coulomb

Lịch sử của từ trường

  • Nghiên cứu về từ trường bắt đầu vào năm 1269 khi học giả người Pháp Petrus Peregrinus de Maricourt lập bản đồ từ trường trên bề mặt của một nam châm hình cầu bằng cách sử dụng kim sắt. Ông nhận thấy rằng các đường trường kết quả giao nhau tại hai điểm. Ông đặt tên cho những điểm này là “các cực”. Sau quan sát này, ông nói rằng nam châm luôn có các cực Bắc và Nam bất kể người ta cắt chúng ra sao.
  • Ba thế kỷ sau, William Gilbert tuyên bố rằng Trái đất là một nam châm.
  • John Mitchell, một giáo sĩ và triết gia người Anh, vào năm 1750 đã phát biểu rằng các cực từ trường hút và đẩy nhau.
  • Năm 1785, Charles-Augustin de Coulomb đã thực nghiệm xác minh từ trường của Trái đất. Tiếp theo là điều này, vào thế kỷ 19, nhà toán học và đo địa lý người Pháp Simeon Denis Poisson đã tạo ra mô hình đầu tiên của từ trường mà ông đã trình bày vào năm 1824.
  • Đến thế kỷ 19, những khám phá tiếp theo đã hoàn thiện và thách thức những quan niệm đã từng tồn tại trước đây.
  • Năm 1819, nhà vật lý và hóa học người Đan Mạch Hans Christian Orsted đã phát hiện ra rằng dòng điện tạo ra từ trường xung quanh nó.
  • Năm 1825, André-Marie Ampère đề xuất một mô hình từ tính trong đó lực này là do dòng điện chuyển động liên tục, thay vì lưỡng cực của điện tích từ.
  • Năm 1831, nhà khoa học người Anh Faraday đã chỉ ra rằng một từ trường thay đổi tạo ra một điện trường. Trên thực tế, ông đã phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ.
  • Giữa năm 1861 và 1865, James Clerk Maxwell đã xuất bản các lý thuyết về điện và từ tính. Nó được gọi là phương trình Maxwell. Các phương trình này đã mô tả mối quan hệ giữa điện và từ.

Minh họa về từ trường

Thông thường, một từ trường có thể được minh họa theo hai cách khác nhau.

  • Véc tơ từ trường
  • Đường từ trường

Véc tơ từ trường

Từ trường có thể được mô tả về mặt toán học như một trường vectơ. Trường vectơ là một tập hợp nhiều vectơ được vẽ trên một lưới. Trong trường hợp này, mỗi vectơ chỉ theo hướng mà la bàn sẽ chỉ và có độ dài phụ thuộc vào cường độ của lực từ.

Trường vectơ của một nam châm thanh

Trường vectơ của một nam châm thanh

Đường từ trường

Đường sức là một cách thay thế để biểu diễn thông tin chứa trong trường vectơ từ trường. Đường sức từ là đường sức tưởng tượng.

Đường sức từ là một công cụ trực quan dùng để biểu diễn từ trường. Chúng mô tả hướng của lực từ trên một đơn cực bắc tại bất kỳ vị trí nhất định nào

Mật độ của các đường biểu thị độ lớn của trường. Lấy một ví dụ, từ trường mạnh hơn và tập trung gần các cực của một nam châm . Khi chúng ta di chuyển ra khỏi các cực, nó yếu đi và các đường trở nên ít dày đặc hơn.

Các đường từ trường cho nam châm thanh

Hình bên cho thấy đồ thị đường sức từ của một nam châm thanh

Thuộc tính của đường sức từ trường

  • Các đường sức từ không bao giờ cắt nhau
  • Mật độ của các đường trường biểu thị cường độ của trường
  • Các đường sức từ luôn tạo ra các vòng khép kín
  • Các đường sức từ luôn xuất hiện hoặc bắt đầu từ cực bắc và kết thúc ở cực nam.

Làm thế nào để một từ trường có nguồn gốc?

Từ trường phát sinh khi một điện tích chuyển động. Có hai cách cơ bản để sắp xếp điện tích chuyển động và tạo ra từ trường hữu ích. Sau đây là hai cách:

Từ trường do Vật dẫn mang dòng điện tạo ra

Ampere cho rằng từ trường được tạo ra bất cứ khi nào điện tích chuyển động. Để hiểu rõ, chúng ta hãy xem xét một dây dẫn mà dòng điện chạy qua bằng cách kết nối nó với pin. Khi cường độ dòng điện qua vật dẫn tăng thì từ trường tăng tỉ lệ thuận. Khi ta đi ra xa dây dẫn hơn, từ trường giảm dần theo khoảng cách. Định luật Ampere mô tả điều này. Theo định luật, phương trình tạo ra từ trường tại một khoảng cách r từ dây dẫn I dài mang dòng điện.

 

Trong phương trình, μ0 là một hằng số đặc biệt được gọi là độ từ thẩm của không gian tự do. μ0=4π×10−7T⋅m/A.. Vật liệu có độ từ thẩm cao hơn có khả năng tập trung từ trường. 

Từ trường có hướng vì nó là một đại lượng vectơ. Đối với dòng điện thông thường chạy qua một dây dẫn thẳng, điều này có thể được tìm thấy bằng quy tắc bàn tay phải . Để sử dụng quy tắc này, hãy tưởng tượng nắm chặt tay phải của bạn xung quanh dây với ngón tay cái chỉ theo hướng hiện tại. Các ngón tay chỉ hướng của từ trường quấn quanh dây dẫn.

Chuyển động của các electron xung quanh hạt nhân của nguyên tử

Nam châm vĩnh cửu hoạt động dựa trên chuyển động của các electron xung quanh hạt nhân. Chúng tôi đã quan sát thấy rằng chỉ một số vật liệu có thể được tạo thành nam châm, và một số vật liệu mạnh hơn nhiều so với những vật liệu khác. Để đạt được trạng thái này, cần đáp ứng một số điều kiện cụ thể:

  • Nguyên tử có nhiều electron và chúng được ghép nối theo cách mà từ trường tổng thể loại bỏ. Hai electron được ghép nối theo cách này được cho là có spin trái dấu. Từ đó, chúng ta hiểu rằng nếu chúng ta muốn một vật liệu có từ tính, chúng ta cần có các nguyên tử có một hoặc nhiều electron chưa ghép đôi có cùng spin. Sắt là một vật liệu có bốn electron như vậy và do đó rất tốt để tạo ra nam châm.
  • Một mảnh vật chất nhỏ bé bao gồm hàng tỷ nguyên tử. Nếu chúng được định hướng một cách ngẫu nhiên, thì trường tổng thể sẽ loại bỏ, bất kể vật liệu có bao nhiêu electron chưa ghép đôi. Vật liệu phải đủ ổn định ở nhiệt độ phòng để cho phép thiết lập hướng ưu tiên tổng thể. Nếu được thành lập lâu dài thì chúng ta có một nam châm vĩnh cửu, còn được gọi là nam châm.
  • Một số vật liệu trở nên có đủ thứ tự tốt để có từ tính khi có từ trường bên ngoài. Các dòng trường bên ngoài tất cả các điện tử quay lên, nhưng sự liên kết sẽ biến mất khi trường bên ngoài bị loại bỏ. Những loại vật liệu này được gọi là thuận từ.

Câu hỏi thường gặp – Câu hỏi thường gặp

Tại sao đường sức từ lại quan trọng?

Đường từ thông quan trọng vì những lý do sau:

  • Đường sức từ là các đường trong từ trường mà tiếp tuyến của nó tại một điểm bất kỳ sẽ cung cấp cho hướng trường tại điểm đó và mật độ của nó cho độ lớn của trường.
  • Chúng biểu thị hướng của từ trường
  • Cường độ từ trường phụ thuộc vào số đường sức từ. Các đường cao hơn ở các cực, đó là lý do tại sao từ trường ở các cực mạnh hơn.
  • Cường độ của từ trường phụ thuộc vào số lượng đường sức từ tại một khu vực cụ thể đang xét.

Nguyên nhân nào tạo ra từ trường Trái đất?

Từ trường của Trái đất được tạo ra ở sâu bên dưới lõi trái đất. Dòng chảy của sắt lỏng ở lõi Trái đất tạo ra dòng điện tạo ra từ trường. Các kim loại tích điện đi qua các trường này tạo ra các dòng điện của riêng chúng, do đó chu kỳ tiếp tục. Vòng lặp tự duy trì này được gọi là geodynamo. Sự xoắn ốc gây ra bởi lực Coriolis sắp xếp các từ trường riêng biệt theo cùng một hướng. Hiệu ứng tổng hợp của từ trường tạo ra một từ trường rộng lớn nhấn chìm hành tinh.

Sóng điện từ là gì?

Sóng lan truyền bởi sự biến thiên tuần hoàn đồng thời của cường độ điện trường và từ trường đều Có gọi là sóng điện từ.

Xác định mật độ từ thông.

Mật độ từ thông là lượng từ thông trong một khu vực được lấy vuông góc với hướng của từ thông. Nó được ký hiệu bằng ký hiệu B và nó được đo bằng đơn vị Tesla.

Xác định cường độ từ trường.

Cường độ từ trường hoặc Cường độ từ trường là tỷ lệ của MMF cần thiết để tạo ra Mật độ từ thông (B) nhất định trong một vật liệu cụ thể trên một đơn vị chiều dài của vật liệu đó.

Có từ trường trong không gian không?

Có, có từ trường trong không gian. Các nhánh xoắn ốc của Dải Ngân hà dường như có một số từ trường có tổ chức quy mô rất lớn trên cơ sở các nghiên cứu về số lượng lớn các pulsar và sự phân cực của tín hiệu vô tuyến của chúng. Các đám mây bụi giữa các vì sao được phát hiện có từ trường. Khi những đám mây này sụp đổ, các trường được khuếch đại.
0 0 votes
Article Rating
Theo dõi
Thông báo của
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments

Khoa Y Dược Hà Nội tuyển sinh chính quy

GIẢI TOÁN ONLINE SIÊU NHANH VÀ CHÍNH XÁC NHẤT

Bài viết mới nhất

Thi trắc nghiệm online
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x