Chúc mọi người một ngày tốt lành. Trong bài trước tôi đã nói về từ trường và tập trung một chút vào các thông số của nó. Bài viết này tiếp tục chủ đề về từ trường và tập trung vào một tham số như cảm ứng từ. Để đơn giản hóa chủ đề, tôi sẽ nói về từ trường trong chân không, vì các chất khác nhau có tính chất từ khác nhau và do đó cần phải tính đến các tính chất của chúng.
Định luật Biot–Savart–Laplace
Qua nghiên cứu từ trường do dòng điện tạo ra, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận sau:
- cảm ứng từ do dòng điện tạo ra tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện;
- cảm ứng từ phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của dây dẫn mà dòng điện chạy qua;
- cảm ứng từ tại bất kỳ điểm nào trong từ trường đều phụ thuộc vào vị trí của điểm này so với dây dẫn mang dòng điện.
Các nhà khoa học người Pháp Biot và Savard, những người đi đến kết luận như vậy, đã nhờ đến nhà toán học vĩ đại P. Laplace để khái quát hóa và rút ra định luật cơ bản của cảm ứng từ. Ông đưa ra giả thuyết rằng cảm ứng tại bất kỳ điểm nào của từ trường được tạo ra bởi một dây dẫn mang dòng điện có thể được biểu diễn dưới dạng tổng cảm ứng từ của từ trường cơ bản được tạo ra bởi một phần cơ bản của dây dẫn mang dòng điện. Giả thuyết này đã trở thành định luật cảm ứng từ, được gọi là Định luật Biot-Savart-Laplace. Để xem xét định luật này, chúng ta hãy mô tả một dây dẫn mang dòng điện và cảm ứng từ mà nó tạo ra
Cảm ứng từ dB được tạo ra bởi một phần cơ bản của dây dẫn dl.
Khi đó cảm ứng từ dB từ trường cơ bản được tạo ra bởi một phần dây dẫn dl, với hiện tại TÔI tại một điểm tùy ý R sẽ được xác định bởi biểu thức sau
trong đó I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn,
r là vectơ bán kính vẽ từ phần tử dây dẫn đến điểm từ trường,
dl là phần tử dẫn tối thiểu tạo ra cảm ứng dB,
k – hệ số tỷ lệ, tùy thuộc vào hệ quy chiếu, trong SI k = μ 0 /(4π)
Bởi vì là tích vectơ thì biểu thức cuối cùng của cảm ứng từ cơ bản sẽ như thế này
Do đó, biểu thức này cho phép chúng ta tìm cảm ứng từ của từ trường, được tạo ra bởi một dây dẫn có dòng điện có hình dạng và kích thước tùy ý bằng cách lấy tích phân vế phải của biểu thức
trong đó ký hiệu l chỉ ra rằng sự tích phân xảy ra dọc theo toàn bộ chiều dài của dây dẫn.
Cảm ứng từ của dây dẫn thẳng
Như bạn đã biết, từ trường đơn giản nhất tạo ra một dây dẫn thẳng để dòng điện chạy qua. Như tôi đã nói ở bài trước, các đường sức của một từ trường nhất định là những đường tròn đồng tâm nằm xung quanh dây dẫn.
Để xác định cảm ứng từ TRONG dây thẳng tại một điểm R Hãy để chúng tôi giới thiệu một số ký hiệu. Kể từ thời điểm Rđang ở một khoảng cách b tính từ dây thì khoảng cách từ một điểm bất kỳ trên dây đến điểm đó Rđược định nghĩa là r = b/sinα. Khi đó chiều dài ngắn nhất của dây dẫn dl có thể được tính từ biểu thức sau
Kết quả là định luật Biot–Savart–Laplace cho một sợi dây thẳng có chiều dài vô hạn sẽ có dạng
trong đó I là cường độ dòng điện chạy qua dây,
b là khoảng cách từ tâm dây đến điểm tính cảm ứng từ.
Bây giờ chúng ta chỉ cần tích hợp biểu thức kết quả trên dα nằm trong khoảng từ 0 đến π.
Do đó, biểu thức cuối cùng của cảm ứng từ của một dây thẳng có chiều dài vô hạn sẽ là
I - dòng điện chạy qua dây dẫn
b là khoảng cách từ tâm dây dẫn đến điểm đo cảm ứng.
Cảm ứng từ của vòng
Cảm ứng của dây thẳng có giá trị nhỏ và giảm dần theo khoảng cách từ dây dẫn nên thực tế nó không được sử dụng trong các thiết bị thực tế. Từ trường được sử dụng rộng rãi nhất là từ trường được tạo ra bởi một sợi dây quấn quanh khung. Vì vậy, những từ trường như vậy được gọi là từ trường của dòng điện tròn. Từ trường đơn giản nhất như vậy có dòng điện chạy qua một dây dẫn có hình tròn bán kính R.
Trong trường hợp này, có hai trường hợp đáng quan tâm trong thực tế: từ trường tại tâm đường tròn và từ trường tại điểm P, nằm trên trục của đường tròn. Hãy xem xét trường hợp đầu tiên.
Trong trường hợp này, mỗi phần tử dòng điện dl tạo ra một cảm ứng từ cơ bản dB ở tâm đường tròn vuông góc với mặt phẳng đường viền thì định luật Biot-Savart-Laplace sẽ có dạng
Tất cả những gì còn lại là lấy tích phân biểu thức thu được trên toàn bộ chiều dài của vòng tròn
trong đó μ 0 là hằng số từ, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I - cường độ dòng điện trong dây dẫn,
R là bán kính của vòng tròn mà dây dẫn được cuộn vào.
Xét trường hợp thứ hai, khi điểm tính cảm ứng từ nằm trên đường thẳng X, vuông góc với mặt phẳng giới hạn bởi dòng điện tròn.
Trong trường hợp này, quy nạp tại điểm R sẽ là tổng của các cảm ứng cơ bản dB X, đến lượt nó là hình chiếu lên trục X quy nạp sơ cấp dB
Áp dụng định luật Biot-Savart-Laplace, ta tính giá trị cảm ứng từ
Bây giờ hãy lấy tích phân biểu thức này trên toàn bộ chiều dài của vòng tròn
trong đó μ 0 là hằng số từ, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I - cường độ dòng điện trong dây dẫn,
R là bán kính của vòng tròn mà dây dẫn được cuộn vào,
x là khoảng cách từ điểm tính cảm ứng từ đến tâm vòng tròn.
Như có thể thấy từ công thức x = 0, biểu thức thu được chuyển thành công thức cảm ứng từ tại tâm của dòng điện tròn.
Sự tuần hoàn của vectơ cảm ứng từ
Để tính cảm ứng từ của từ trường đơn giản, định luật Biot-Savart-Laplace là đủ. Tuy nhiên, với những từ trường phức tạp hơn, chẳng hạn như từ trường của một cuộn dây điện từ hoặc hình xuyến, số lượng phép tính và độ rườm rà của các công thức sẽ tăng lên đáng kể. Để đơn giản hóa việc tính toán, khái niệm chuyển động của vectơ cảm ứng từ được đưa ra.
Hãy tưởng tượng một số đường viền tôi, vuông góc với dòng điện TÔI. mọi nơi R của mạch này, cảm ứng từ TRONG hướng tiếp tuyến với đường viền này. Khi đó tích của vectơ dl Và TRONGđược mô tả bằng biểu thức sau
Vì góc dφđủ nhỏ thì các vectơ dl B được định nghĩa là độ dài cung
Như vậy, khi biết cảm ứng từ của một dây dẫn thẳng tại một điểm cho trước, ta có thể rút ra biểu thức cho sự chuyển động của vectơ cảm ứng từ
Bây giờ tất cả những gì còn lại là tích hợp biểu thức thu được trên toàn bộ chiều dài của đường viền
Trong trường hợp của chúng ta, vectơ cảm ứng từ quay quanh một dòng điện, nhưng trong trường hợp có nhiều dòng điện, biểu thức cho sự tuần hoàn của cảm ứng từ trở thành định luật tổng dòng điện, trong đó phát biểu:
Sự hoàn lưu của vectơ cảm ứng từ trong một vòng kín tỷ lệ với tổng đại số của dòng điện mà vòng đó bao phủ.
Từ trường của điện từ và hình xuyến
Sử dụng định luật tổng dòng điện và sự tuần hoàn của vectơ cảm ứng từ, khá dễ dàng để xác định cảm ứng từ của các từ trường phức tạp như trường điện từ và hình xuyến.
Cuộn dây điện từ là một cuộn dây hình trụ gồm nhiều vòng dây dẫn quấn để quay trên một khung hình trụ. Từ trường của một cuộn dây thực chất bao gồm nhiều từ trường của một dòng điện tròn có trục chung vuông góc với mặt phẳng của mỗi dòng điện tròn.
Hãy sử dụng sự chuyển động của vectơ cảm ứng từ và tưởng tượng sự chuyển động dọc theo một đường viền hình chữ nhật 1-2-3-4 . Khi đó sự tuần hoàn của vectơ cảm ứng từ đối với một mạch cho trước sẽ có dạng
Vì ở những vùng 2-3 Và 4-1 vectơ cảm ứng từ vuông góc với mạch thì hoàn lưu bằng không. Trên trang web 3-4 , được loại bỏ đáng kể khỏi điện từ, sau đó nó cũng có thể được bỏ qua. Khi đó, xét đến định luật dòng điện tổng, cảm ứng từ trong một cuộn dây điện từ có chiều dài đủ lớn sẽ có dạng
trong đó n là số vòng dây dẫn điện từ trên một đơn vị chiều dài,
I – dòng điện chạy qua cuộn dây.
Một hình xuyến được hình thành bằng cách quấn một dây dẫn quanh khung vòng. Thiết kế này tương đương với một hệ gồm nhiều dòng điện tròn giống hệt nhau, tâm của chúng nằm trên một vòng tròn.
Ví dụ, hãy xem xét một hình xuyến có bán kính R, trên đó nó bị thương N vòng dây. Xung quanh mỗi vòng dây chúng ta lấy một đường viền bán kính r, tâm của đường viền này trùng với tâm của hình xuyến. Vì vectơ cảm ứng từ B có hướng tiếp tuyến với đường viền tại mỗi điểm của đường viền thì chuyển động của vectơ cảm ứng từ sẽ có dạng
trong đó r là bán kính của vòng cảm ứng từ.
Mạch điện đi qua bên trong hình xuyến bao gồm N vòng dây có dòng điện I thì định luật cường độ dòng điện toàn phần đối với hình xuyến sẽ có dạng
trong đó n là số vòng dây dẫn trên một đơn vị chiều dài,
r - bán kính của vòng cảm ứng từ,
R là bán kính của hình xuyến.
Như vậy, sử dụng định luật tổng dòng điện và sự chuyển động của vectơ cảm ứng từ, người ta có thể tính được một từ trường phức tạp tùy ý. Tuy nhiên, toàn bộ định luật hiện hành chỉ cho kết quả đúng trong chân không. Khi tính toán cảm ứng từ trong một chất, cần phải tính đến cái gọi là dòng điện phân tử. Điều này sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo.
Lý thuyết thì hay nhưng không có ứng dụng thực tế thì chỉ là lời nói.
Độ lớn của cảm ứng từ trường có phụ thuộc vào môi trường mà nó được hình thành không? Để trả lời câu hỏi này chúng ta hãy làm thí nghiệm sau. Trước tiên chúng ta hãy xác định lực (xem hình 117) mà từ trường tác dụng lên một dây dẫn có dòng điện trong không khí (về nguyên tắc, điều này phải được thực hiện trong chân không), sau đó là lực của từ trường lên dây dẫn này, ví dụ, trong nước có chứa bột oxit sắt ( Trong hình, chiếc bình được thể hiện bằng một đường chấm). Trong môi trường oxit sắt, từ trường tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện với lực lớn hơn. Trong trường hợp này, cường độ cảm ứng từ trường lớn hơn. Có những chất, chẳng hạn như bạc và đồng, chứa ít hơn trong chân không. Độ lớn của cảm ứng từ trường phụ thuộc vào môi trường mà nó được hình thành.
Đại lượng biểu thị cảm ứng từ trường trong một môi trường nhất định lớn hơn hoặc nhỏ hơn bao nhiêu lần so với cảm ứng từ trường trong chân không được gọi là tính thấm từ của môi trường. Nếu cảm ứng từ của môi trường là B và chân không là B 0 thì độ thấm từ của môi trường
Độ từ của môi trường μ là một đại lượng không thứ nguyên. Nó khác nhau đối với các chất khác nhau. Vì vậy, đối với thép nhẹ - 2180, không khí - 1,00000036, đồng - 0,999991 . Điều này được giải thích là do các chất khác nhau có từ tính khác nhau trong từ trường.
Hãy tìm hiểu yếu tố quyết định cảm ứng từ trường của một dây dẫn thẳng mang dòng điện. Gần đoạn thẳng A của vòng dây (Hình 122), chúng ta sẽ đặt một chỉ báo C của cảm ứng từ trường. Hãy bật dòng điện. Từ trường của phần A tác dụng lên khung chỉ báo và làm quay nó khiến kim bị lệch khỏi vị trí 0. Bằng cách thay đổi cường độ dòng điện trong khung bằng một biến trở, chúng ta nhận thấy rằng dòng điện trong dây dẫn tăng bao nhiêu lần thì độ lệch của kim chỉ báo sẽ tăng một lượng như nhau: V~tôi.
Giữ dòng điện không đổi, chúng ta sẽ tăng khoảng cách giữa dây dẫn và khung. Theo số đọc của chỉ báo, chúng ta nhận thấy rằng cảm ứng từ trường tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ dây dẫn đến điểm trường đang nghiên cứu: V~ tôi/R. Độ lớn của cảm ứng từ trường phụ thuộc vào tính chất từ của môi trường - vào tính thấm từ của nó. Độ thấm từ càng lớn thì cảm ứng từ trường càng lớn: B~μ.
Về mặt lý thuyết và thông qua các thí nghiệm chính xác hơn, các nhà vật lý người Pháp Biot, Savard và Laplace đã chứng minh rằng độ lớn cảm ứng từ trường của một dây thẳng có tiết diện nhỏ trong một môi trường đồng nhất có độ thấm từ μ ở khoảng cách R tính từ nó bằng
Ở đây μ 0 là hằng số từ. Hãy tìm giá trị số và tên của nó trong hệ SI. Vì cảm ứng từ trường đồng thời bằng 
sau đó, đánh đồng hai công thức này, chúng ta nhận được
Do đó hằng số từ Từ định nghĩa của ampe chúng ta biết rằng các đoạn dây dẫn song song có chiều dài l = 1 m trong khi ở một khoảng cách R = 1 m với nhau, tương tác với lực F = 2*10 -7n, khi dòng điện chạy qua chúng Tôi = 1a. Dựa vào đó, ta tính μ 0 (lấy μ = 1):
Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu điều gì quyết định cảm ứng của từ trường bên trong một cuộn dây có dòng điện. Hãy lắp ráp một mạch điện (Hình 123). Bằng cách đặt khung chỉ báo cảm ứng từ trường bên trong cuộn dây, chúng ta đóng mạch. Khi tăng cường độ dòng điện lên gấp 2, 3 và 4 lần, ta nhận thấy cảm ứng từ trường bên trong cuộn dây tăng tương ứng một lượng như sau: V~tôi.
Sau khi xác định được cảm ứng từ trường bên trong cuộn dây, ta tăng số vòng dây trên một đơn vị chiều dài. Để làm điều này, chúng tôi nối nối tiếp hai cuộn dây giống hệt nhau và chèn một trong số chúng vào cuộn dây kia. Sử dụng biến trở, chúng ta sẽ đặt cường độ hiện tại về mức trước đó. Với cùng chiều dài l của cuộn dây, số vòng n trong nó đã tăng gấp đôi và do đó, số vòng dây trên một đơn vị chiều dài của cuộn dây đã tăng gấp đôi.
Nếu đưa một kim nam châm đến một dây dẫn thẳng có dòng điện thì kim nam châm sẽ có xu hướng vuông góc với mặt phẳng đi qua trục dây dẫn và tâm quay của kim (Hình 67). Điều này cho thấy kim phải chịu một lực đặc biệt gọi là lực từ. Nói cách khác, nếu một dòng điện đi qua dây dẫn thì xung quanh dây dẫn sẽ xuất hiện một từ trường. Từ trường có thể được coi là một trạng thái không gian đặc biệt bao quanh các dây dẫn mang dòng điện.
Nếu bạn truyền một dây dẫn dày qua một tấm thẻ và cho một dòng điện chạy qua nó, thì các mạt thép đổ lên bìa cứng sẽ nằm xung quanh dây dẫn theo các vòng tròn đồng tâm, trong trường hợp này tượng trưng cho cái gọi là đường sức từ (Hình 68) . Chúng ta có thể di chuyển tấm bìa lên hoặc xuống dây dẫn nhưng vị trí của các mạt thép sẽ không thay đổi. Do đó, một từ trường xuất hiện xung quanh dây dẫn dọc theo toàn bộ chiều dài của nó.
Nếu bạn đặt các mũi tên từ tính nhỏ lên tấm bìa cứng thì bằng cách thay đổi chiều dòng điện trong dây dẫn, bạn có thể thấy rằng các mũi tên từ tính sẽ quay (Hình 69). Điều này chứng tỏ hướng của đường sức từ thay đổi theo chiều dòng điện trong dây dẫn.
Từ trường xung quanh dây dẫn mang dòng điện có đặc điểm: Đường sức từ của dây dẫn thẳng có dạng đường tròn đồng tâm; càng gần dây dẫn, các đường sức từ càng dày đặc thì cảm ứng từ càng lớn; cảm ứng từ (cường độ từ trường) phụ thuộc vào độ lớn dòng điện trong dây dẫn; Chiều của đường sức từ phụ thuộc vào chiều dòng điện trong dây dẫn.
Để hiển thị hướng của dòng điện trong dây dẫn được trình bày trong phần, một ký hiệu đã được sử dụng mà chúng ta sẽ sử dụng trong tương lai. Nếu bạn đặt một mũi tên vào một dây dẫn theo hướng của dòng điện (Hình 70), thì trong một dây dẫn có dòng điện hướng ra xa chúng ta, chúng ta sẽ thấy đuôi lông của mũi tên (hình chữ thập); nếu dòng điện hướng về phía chúng ta thì chúng ta sẽ thấy đầu mũi tên (điểm).
Hướng của đường sức từ xung quanh một dây dẫn mang dòng điện có thể được xác định bằng “quy tắc gimlet”. Nếu một gimlet (cái mở nút chai) có ren bên phải di chuyển về phía trước theo hướng dòng điện thì hướng quay của tay cầm sẽ trùng với hướng của các đường sức từ xung quanh dây dẫn (Hình 71).
Cơm. 71. Xác định hướng của đường sức từ xung quanh dây dẫn mang dòng điện bằng “quy tắc gimlet”
Một kim từ được đưa vào từ trường của một dây dẫn mang dòng điện nằm dọc theo các đường sức từ. Do đó, để xác định vị trí của nó, bạn cũng có thể sử dụng “quy tắc gimlet” (Hình 72).
Cơm. 72. Xác định chiều lệch của kim nam châm đưa vào dây dẫn có dòng điện theo “quy tắc gimlet”
Từ trường là một trong những biểu hiện quan trọng nhất của dòng điện và không thể thu được một cách độc lập và tách biệt khỏi dòng điện.
Trong nam châm vĩnh cửu, từ trường còn được tạo ra bởi sự chuyển động của các electron tạo nên các nguyên tử, phân tử của nam châm.
Cường độ của từ trường tại mỗi điểm được xác định bởi độ lớn của cảm ứng từ, thường được ký hiệu bằng chữ B. Cảm ứng từ là một đại lượng vectơ, nghĩa là nó không chỉ được đặc trưng bởi một giá trị nhất định mà còn bởi một hướng nhất định tại mỗi điểm của từ trường. Hướng của vectơ cảm ứng từ trùng với tiếp tuyến của đường sức từ tại một điểm cho trước trong từ trường (Hình 73).
Nhờ tổng hợp số liệu thực nghiệm, các nhà khoa học Pháp Biot và Savard đã chứng minh được rằng cảm ứng từ B (cường độ từ trường) ở khoảng cách r tính từ một dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện được xác định bằng biểu thức
trong đó r là bán kính của đường tròn vẽ qua điểm trường đang xét; tâm của đường tròn nằm trên trục của dây dẫn (2πr là chu vi);
I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
Giá trị μ a, đặc trưng cho tính chất từ của môi trường, được gọi là độ thấm từ tuyệt đối của môi trường.
Đối với tính trống rỗng, độ thấm từ tuyệt đối có giá trị nhỏ nhất và thường được ký hiệu là μ 0 và gọi là độ thấm từ tuyệt đối của tính trống rỗng.
1 H = 1 ohm⋅giây.
Tỷ lệ μ a / μ 0, biểu thị độ thấm từ tuyệt đối của một môi trường nhất định lớn hơn độ thấm từ tuyệt đối của khoảng trống bao nhiêu lần, được gọi là độ thấm từ tương đối và được ký hiệu bằng chữ μ.
Hệ thống Đơn vị Quốc tế (SI) sử dụng đơn vị đo cảm ứng từ B - tesla hoặc weber trên mét vuông (tl, wb/m2).
Trong thực hành kỹ thuật, cảm ứng từ thường được đo bằng gauss (gs): 1 t = 104 gs.
Nếu tại tất cả các điểm của từ trường, các vectơ cảm ứng từ có độ lớn bằng nhau và song song với nhau thì trường như vậy được gọi là đều.
Tích của cảm ứng từ B và diện tích S vuông góc với hướng của từ trường (vectơ cảm ứng từ) được gọi là từ thông của vectơ cảm ứng từ, hay đơn giản là từ thông và được ký hiệu là chữ Φ (Hình 74):
Hệ thống quốc tế sử dụng weber (wb) làm đơn vị đo từ thông.
Trong tính toán kỹ thuật, từ thông được đo bằng maxwell (μs):
1 vb = 10 8 ms.
Khi tính toán từ trường, một đại lượng gọi là cường độ từ trường (ký hiệu là H) cũng được sử dụng. Cảm ứng từ B và cường độ từ trường H có liên hệ với nhau bởi mối quan hệ
Đơn vị đo cường độ từ trường là N - ampe trên mét (a/m).
Cường độ từ trường trong một môi trường đồng nhất, cũng như cảm ứng từ, phụ thuộc vào cường độ dòng điện, số lượng và hình dạng của dây dẫn mà dòng điện đi qua. Nhưng không giống như cảm ứng từ, cường độ từ trường không tính đến ảnh hưởng của các tính chất từ của môi trường.
Hiện tượng điện từ
Hiện tượng điện từ phản ánh sự kết nối của dòng điện với từ trường. Tất cả các định luật vật lý của chúng đều được biết rõ và chúng ta sẽ không cố gắng sửa chúng; Mục tiêu của chúng tôi là khác: giải thích bản chất vật lý của những hiện tượng này.
Chúng ta đã thấy rõ một điều: cả điện lẫn từ đều không thể tồn tại nếu không có điện tử; và trong điều này điện từ đã được biểu hiện. Chúng tôi cũng đã nói về thực tế rằng cuộn dây mang dòng điện tạo ra một từ trường. Hãy tập trung vào hiện tượng cuối cùng và làm rõ nó xảy ra như thế nào.
Chúng ta hãy nhìn vào cuộn dây từ đầu và cho dòng điện chạy qua nó ngược chiều kim đồng hồ. Dòng điện là dòng electron trượt dọc theo bề mặt vật dẫn (chỉ trên bề mặt mới có các rãnh hút hở). Dòng điện tử sẽ mang theo ête liền kề và nó cũng sẽ bắt đầu chuyển động ngược chiều kim đồng hồ. Tốc độ của ête tiếp giáp với dây dẫn sẽ được xác định bởi tốc độ của các electron trong dây dẫn và đến lượt nó sẽ phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất ête (vào điện áp trên cuộn dây) và vào diện tích dòng chảy của người chỉ huy. Ether bị dòng điện mang đi sẽ ảnh hưởng đến các lớp lân cận và chúng cũng sẽ di chuyển bên trong và bên ngoài cuộn dây theo một vòng tròn. Tốc độ của ête xoáy sẽ được phân bố như sau: giá trị lớn nhất của nó tất nhiên là ở vùng cuộn dây; khi dịch về phía tâm thì nó giảm theo quy luật tuyến tính nên tại chính tâm nó sẽ bằng 0; Khi di chuyển ra khỏi các ngã rẽ ra ngoại vi, tốc độ cũng sẽ giảm đi, nhưng không phải tuyến tính mà theo một quy luật phức tạp hơn.
Vòng xoáy vĩ mô của ether bị dòng điện xoáy vào sẽ bắt đầu định hướng các electron theo cách mà tất cả chúng sẽ quay cho đến khi trục quay của chúng song song với trục của cuộn dây; đồng thời, bên trong cuộn dây chúng sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ, còn bên ngoài cuộn dây - theo chiều kim đồng hồ; đồng thời, các electron sẽ có xu hướng đồng trục, tức là chúng sẽ tập trung vào các dây từ. Quá trình định hướng điện tử sẽ mất một khoảng thời gian và sau khi hoàn thành, một chùm từ tính sẽ xuất hiện bên trong cuộn dây với cực bắc hướng về phía chúng ta, còn bên ngoài cuộn dây thì ngược lại, cực bắc sẽ ở rất xa chúng ta. Vì vậy, chúng tôi đã chứng minh tính đúng đắn của quy tắc vít hoặc trục vít, được biết đến trong kỹ thuật điện, thiết lập mối liên hệ giữa hướng của dòng điện và hướng của từ trường do nó tạo ra.
Lực từ (sức căng) tại mỗi điểm của từ trường được xác định bởi sự thay đổi tốc độ của ether tại điểm này, nghĩa là đạo hàm của tốc độ đối với khoảng cách từ vòng quay của cuộn dây: Tốc độ thay đổi càng dốc thì lực căng càng lớn. Nếu chúng ta tương quan lực từ của cuộn dây với các thông số điện và hình học của nó, thì nó phụ thuộc trực tiếp vào giá trị hiện tại và phụ thuộc nghịch đảo vào đường kính của cuộn dây. Dòng điện càng lớn và đường kính càng nhỏ thì càng có nhiều cơ hội thu thập các electron trong dây có hướng quay nhất định và lực từ của cuộn dây sẽ càng lớn. Người ta đã nói rằng cường độ từ trường có thể được tăng cường hoặc suy yếu bởi môi trường.
Quá trình chuyển đổi dòng điện một chiều thành từ tính là không thể đảo ngược: nếu đặt một nam châm vào một cuộn dây thì không có dòng điện nào xuất hiện trong nó. Năng lượng của macrovortex tồn tại xung quanh nam châm nhỏ đến mức không thể buộc các electron chuyển động theo các vòng ở điện trở nhỏ nhất đối với chúng. Chúng ta hãy nhớ lại một lần nữa rằng trong quá trình ngược lại, cơn lốc lớn của ether, đóng vai trò trung gian, chỉ định hướng cho các electron, và không gì hơn, tức là nó chỉ điều khiển từ trường và cường độ của trường được xác định bởi số lượng dây từ một chiều.
Nếu đưa kim nam châm lại gần sẽ có xu hướng vuông góc với mặt phẳng đi qua trục dây dẫn và tâm quay của kim. Điều này chỉ ra rằng các lực lượng đặc biệt tác động lên mũi tên, được gọi là lực từ. Ngoài tác dụng lên kim từ, từ trường còn tác dụng lên các hạt mang điện chuyển động và các vật dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường. Trong các dây dẫn chuyển động trong từ trường hoặc trong các dây dẫn đứng yên đặt trong từ trường xen kẽ, sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng (emf).
Từ trường
Theo những điều trên, chúng ta có thể đưa ra định nghĩa sau đây về từ trường.
Từ trường là một trong hai phía của trường điện từ, bị kích thích bởi điện tích của các hạt chuyển động và sự thay đổi trong điện trường và được đặc trưng bởi tác dụng lực lên các hạt bị nhiễm chuyển động, và do đó lên dòng điện.
Nếu bạn truyền một dây dẫn dày qua bìa cứng và cho một dòng điện chạy qua nó, thì các mạt thép đổ lên bìa cứng sẽ nằm xung quanh dây dẫn theo các vòng tròn đồng tâm, trong trường hợp này được gọi là đường cảm ứng từ (Hình 1) . Chúng ta có thể di chuyển tấm bìa lên hoặc xuống dây dẫn nhưng vị trí của các mạt thép sẽ không thay đổi. Do đó, một từ trường xuất hiện xung quanh dây dẫn dọc theo toàn bộ chiều dài của nó.
Nếu bạn đặt các mũi tên từ tính nhỏ lên tấm bìa cứng thì bằng cách thay đổi chiều dòng điện trong dây dẫn, bạn có thể thấy các mũi tên từ tính sẽ quay (Hình 2). Điều này chứng tỏ chiều của đường cảm ứng từ thay đổi theo chiều dòng điện trong dây dẫn.
Đường cảm ứng từ xung quanh dây dẫn mang dòng điện có đặc điểm sau: 1) Đường cảm ứng từ của dây dẫn thẳng có dạng hình tròn đồng tâm; 2) càng gần dây dẫn thì các đường cảm ứng từ càng dày đặc; 3) cảm ứng từ (cường độ trường) phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong dây dẫn; 4) Hướng của dòng cảm ứng từ phụ thuộc vào hướng của dòng điện trong dây dẫn.
Để hiển thị hướng của dòng điện trong dây dẫn được trình bày trong phần, một ký hiệu đã được sử dụng mà chúng ta sẽ sử dụng trong tương lai. Nếu bạn đặt một mũi tên vào dây dẫn theo hướng của dòng điện (Hình 3), thì trong dây dẫn có dòng điện hướng ra xa chúng ta, chúng ta sẽ thấy đuôi lông của mũi tên (hình chữ thập); nếu dòng điện hướng về phía chúng ta thì chúng ta sẽ thấy đầu mũi tên (điểm).
Hình 3. Ký hiệu chiều dòng điện trong dây dẫn
Quy tắc gimlet cho phép bạn xác định hướng của đường cảm ứng từ xung quanh một dây dẫn mang dòng điện. Nếu một gimlet (cái mở nút chai) có ren bên phải di chuyển về phía trước theo chiều dòng điện thì chiều quay của tay cầm sẽ trùng với chiều của các đường cảm ứng từ xung quanh dây dẫn (Hình 4).
Một kim nam châm được đưa vào từ trường của một dây dẫn mang dòng điện nằm dọc theo các đường cảm ứng từ. Do đó, để xác định vị trí của nó, bạn cũng có thể sử dụng “quy tắc gimlet” (Hình 5). Từ trường là một trong những biểu hiện quan trọng nhất của dòng điện và không thể thu được một cách độc lập và tách biệt khỏi dòng điện.
 |  |
| Hình 4. Xác định chiều của đường cảm ứng từ xung quanh dây dẫn mang dòng điện bằng “quy tắc gimlet” | Hình 5. Xác định chiều lệch của kim nam châm đưa vào dây dẫn có dòng điện theo “quy tắc gimlet” |
Cảm ứng từ
Từ trường được đặc trưng bởi một vectơ cảm ứng từ, do đó vectơ này có độ lớn và hướng nhất định trong không gian.
Một biểu thức định lượng cho cảm ứng từ là kết quả của việc khái quát hóa dữ liệu thực nghiệm đã được Biot và Savart thiết lập (Hình 6). Đo từ trường của dòng điện có kích thước và hình dạng khác nhau bằng độ lệch của kim từ, cả hai nhà khoa học đều đi đến kết luận rằng mọi phần tử dòng điện đều tạo ra một từ trường ở một khoảng cách nào đó so với chính nó, cảm ứng từ của nó là Δ B tỉ lệ thuận với độ dài ∆ tôi phần tử này, độ lớn của dòng điện TÔI, sin của góc α giữa hướng của dòng điện và vectơ bán kính nối điểm trường mà chúng ta quan tâm với một phần tử dòng điện cho trước và tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài của vectơ bán kính này r:
Ở đâu K- hệ số phụ thuộc vào tính chất từ của môi trường và hệ đơn vị đã chọn.
Trong hệ thống hợp lý hóa thực tế tuyệt đối của các đơn vị ICSA
trong đó µ 0 – tính thấm từ của chân không hoặc hằng số từ trong hệ MCSA:
µ 0 = 4 × π × 10 -7 (henry/mét);
Henry (gn) – đơn vị độ tự cảm; 1 gn = 1 om × giây.
µ – tính thấm từ tương đối– hệ số không thứ nguyên cho biết độ thấm từ của một vật liệu nhất định lớn hơn độ thấm từ của chân không bao nhiêu lần.
Chiều của cảm ứng từ có thể được tìm thấy bằng công thức
Volt-giây còn được gọi là Weber (wb):
Trong thực tế, có một đơn vị cảm ứng từ nhỏ hơn - gauss (gs):
Định luật Biot-Savart cho phép chúng ta tính cảm ứng từ của một dây dẫn thẳng dài vô hạn:
Ở đâu MỘT- khoảng cách từ dây dẫn đến điểm xác định cảm ứng từ.
Cường độ từ trường
Tỷ số cảm ứng từ với tích độ thấm từ µ × µ 0 được gọi là cường độ từ trường và được chỉ định bởi chữ cái H:
B = H × µ × µ 0 .
Phương trình cuối cùng liên quan đến hai đại lượng từ: cảm ứng và cường độ từ trường.
Hãy tìm kích thước H:
Đôi khi một đơn vị đo cường độ từ trường khác được sử dụng - Oersted (ờ):
1 ờ = 79,6 MỘT/tôi ≈ 80 MỘT/tôi ≈ 0,8 MỘT/cm .
Cường độ từ trường H, giống như cảm ứng từ B, là một đại lượng vectơ.
Đường tiếp tuyến với mỗi điểm trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ được gọi là đường cảm ứng từ hoặc đường cảm ứng từ.
từ thông
Tích cảm ứng từ theo diện tích vuông góc với phương của từ trường (vectơ cảm ứng từ) gọi là dòng của vectơ cảm ứng từ hoặc chỉ từ thông và được ký hiệu bằng chữ F:
F = B × S .
Kích thước từ thông:
nghĩa là từ thông được đo bằng volt-giây hoặc weber.
Đơn vị nhỏ hơn của từ thông là Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Video 1. Giả thuyết Ampe
Video 1. Giả thuyết Ampe
Video 2. Từ tính và điện từ