1. Cường độ cảm ứng từ
Cường độ cảm ứng từ là một đại lượng vật lý dùng để mô tả tính chất của từ trường, được biểu thị bằng B, hướng của B tại một điểm trong từ trường chính là hướng của từ trường tại điểm đó, còn độ lớn của B biểu thị độ lớn của từ trường tại điểm đó.
Trong hệ đơn vị SI (Hệ đơn vị quốc tế), đơn vị của cường độ cảm ứng từ là [vôn · giây/mét 2], và [vôn]·[giây] được gọi là Weber, do đó đơn vị của cường độ cảm ứng từ được gọi là [Weber/mét 2] hoặc [Tesla], được gọi là [T], trong hệ đơn vị CGSM, đơn vị của cường độ cảm ứng từ là [Gauss]. Các đơn vị được biểu thị bằng các ký hiệu: V là [vôn], s là [giây], m là [mét], Wb là [Weber], T là [T], Gs là [Gauss], mT là [millite].
1T=1Wb/m2=104Gs=103mT (1)
2, đường sức từ, từ thông và định lý liên tục từ thông
Từ trường được mô tả bằng đồ họa với các đường sức từ. Các đường sức từ của các từ trường khác nhau do dòng điện tạo ra được thể hiện trong Hình 1. Các đường sức từ là các đường khép kín không đầu và không đuôi bao quanh dòng điện, và hướng của dòng điện và hướng trở về của đường sức từ tuân theo quy tắc bàn tay phải.
Chúng tôi chỉ rõ rằng hướng tiếp tuyến của bất kỳ điểm nào trên đường sức từ là hướng của từ trường (tức là B) tại điểm đó và số đường sức từ trên một đơn vị diện tích vuông góc với vectơ B bằng với độ lớn của vectơ B tại điểm đó. Nói cách khác, nơi có từ trường mạnh, đường sức từ dày đặc hơn và nơi có từ trường yếu, đường sức từ mỏng hơn.
Tổng số đường sức từ đi qua một bề mặt được gọi là từ thông đi qua bề mặt và được biểu diễn bằng Φ. Phép tính từ thông được thể hiện trong Hình 2. Phần tử diện tích được lấy trên bề mặt và một Góc θ được hình thành giữa hướng của đường pháp tuyến của nó và hướng của B của điểm. Từ thông của phần tử đi qua diện tích là:
dφ=B×cosθ×ds (2)
Vì vậy, tổng thông lượng của S qua bề mặt là
φ=# B×cosθ×ds (3)
Khi B đồng đều và S là mặt phẳng và vuông góc với B, từ thông qua mặt phẳng S là:
φ = B×S (4)
Đây là mối quan hệ thường được sử dụng trong phép đo từ tính.
Định lý từ thông liên tục: Khi mặt phẳng S là một mặt kín, vì đường sức từ là một đường kín, nên đường sức từ qua mặt kín này phải đi qua các phần khác của mặt kín, do đó từ thông tổng qua bất kỳ mặt kín nào cũng phải bằng không. Cụ thể:
φ=# vìθds=0 (5)
Đơn vị của từ thông là [Weber] trong hệ đơn vị SI, [Maxwell] trong hệ đơn vị CGSM, và ký hiệu viết tắt [Mai] được biểu thị bằng Mx.
1Wb=108Mx (6)
3, cường độ từ trường, độ từ thẩm và định luật vòng ampe
Cường độ từ trường là một đại lượng vật lý được đưa ra để hỗ trợ việc phân tích mối quan hệ giữa từ trường và dòng điện, nó cũng là một vectơ, được biểu thị bằng H, mối quan hệ của nó với cường độ cảm ứng từ là:
H = B/μ (7)
Trong đó: μ là độ từ thẩm của môi trường từ, được xác định bởi bản chất của môi trường từ
Đồng ý. Theo đơn vị SI, độ từ thẩm của chân không là:
μ0=4π×10-7 Henry/m (8)
Đơn vị của H là [ampe/mét], trong hệ thống đơn vị CGSM, độ thấm của chân không là 1, và đơn vị của H là [Oster], viết tắt của [Ao]. Các đơn vị được biểu thị bằng các ký hiệu: A là [ampe], Oe là [O], và H là [Henry].
1A/m=4π×10-3 Oe (9)
Định luật vòng lặp Ampere: Trong từ trường, vectơ H đi theo một đường cong khép kín tùy ý
Tích phân đường của sigma bằng tổng đại số của các dòng điện nằm trong đường cong khép kín này. Cụ thể:
# H×cos ×dl=∑I (10)
Trong đó: là góc giữa phương tiếp tuyến của đường cong và phương cảm ứng từ của điểm.
Bằng cách sử dụng định luật Ampere-loop, chúng ta có thể dễ dàng tính toán từ trường do dòng điện có tính đối xứng không gian nhất định tạo ra. Ví dụ, tính cường độ từ trường tại điểm P bên trong một solenoid tròn được quấn chặt đều, như thể hiện trong Hình 4. Lấy các đường tròn đồng tâm có bán kính r qua điểm P làm đường cong tích phân khép kín. Do mối quan hệ đối xứng, cường độ từ trường tại mỗi điểm xung quanh đường tròn đồng tâm là bằng nhau và hướng của cường độ từ trường dọc theo hướng tiếp tuyến của đường tròn đồng tâm, tức là=0, do đó:
# H×cos ×dl=H*2πr=NI (11)
Vậy cường độ từ trường tại điểm P: H=NI/ (2πr)
Trong đó N là số vòng dây quấn. Từ mối quan hệ này, có thể thấy rằng cường độ từ trường chỉ được xác định bởi sự phân bố của dòng điện tạo ra từ trường, và không liên quan gì đến tính chất của môi trường từ.