Sách Vật lý/Từ trường

Nhửng khám phá tạo ra nền tảng Điện Từ Hans Christian Oersted năm 1819 khám phá ra hiện tượng dòng điện sinh ra từ trường bao quanh dây dẫn. Năm 1820, André-Marie Ampère chỉ ra rằng hai sợi dây song song có dòng điện cùng chiều chạy qua sẽ hút nhau. Jean-Baptiste Biot và Félix Savart khám phá ra định luật Biot–Savart năm 1820, định luật miêu tả đúng đắn từ trường bao quanh sợi dây có dòng điện chạy qua.

Dựa trên ba khám phá trên, Ampère đã công bố một mô hình thành công cho từ học vào năm 1825. Trong mô hình này, ông chỉ ra sự tương đương giữa dòng điện và nam châm[5] và đề xuất rằng từ tính là do những vòng chảy vĩnh cửu (đường sức) thay vì các lưỡng cực từ như trong mô hình của Poisson.[nb 3] Mô hình này có thêm thuận lợi khi giải thích tại sao lại không có đơn cực từ. Ampère dựa vào mô hình suy ra được cả định luật lực Ampère miêu tả lực giữa hai dây dẫn có dòng điện chạy qua và định luật Ampère (hay chính là định luật Biot–Savart), miêu tả đúng đắn từ trường bao quanh một sợi dây có dòng điện. Cũng trong công trình này, Ampère đưa ra thuật ngữ điện động lực miêu tả mối liên hệ giữa điện và từ.

Năm 1831, Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ khi ông làm thay đổi từ trường qua một vòng dây thì có dòng điện sinh ra trong sợi dây. Ông miêu tả hiện tượng này bằng định luật cảm ứng Faraday.

Lý thuyết điện từ khá chính xác đầu tiên về điện từ học, xuất phát từ nhiều công trình khác nhau của các nhà vật lý trong thể kỷ 19, và thống nhất lại bởi James Clerk Maxwell trong bốn phương trình nổi tiếng, các phương trình Maxwell. Ngoài việc thống nhất các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước, Maxwell còn chỉ ra rằng ánh sáng là sóng điện từ. Trong điện từ học cổ điển, điện từ trường tuân thủ các phương trình Maxwell, và lực điện từ tuân theo định luật lực Lorentz.

Nam châm

Người cổ đại đã học về từ tính từ đá vôi (hoặc từ tính) là những mảnh quặng sắt được từ hóa tự nhiên. Từ magnet đã được đưa vào tiếng Anh từ tiếng Latin magnetum " cục nam châm ", mà đến từ Hy Lạp μαγνῆτις [λίθος] (Magntis [lithos]) có nghĩa là "[đá] từ Magnesia", một phần của Hy Lạp cổ đại nơi tìm thấy các lodestone có từ tính. Lodestone, được treo lơ lửng để chúng có thể quay, là những la bàn từ tính đầu tiên. Các mô tả sớm nhất còn tồn tại của nam châm và tính chất của chúng là từ Hy Lạp, Ấn Độ và Trung Quốc khoảng 2500 năm trước. Các đặc tính của lodestone và mối quan hệ của chúng đối với sắt được Pliny the Elder viết lại trong bách khoa toàn thư của ông Naturalis Historia. Vào thế kỷ 12 đến 13 sau Công nguyên, la bàn từ tính đã được sử dụng trong định vị hoa tiêu ở Trung Quốc, Châu Âu, Bán đảo Ả Rập và các nơi khác.[4]

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 . Thí dụ như nam châm vành hút sắt ở dưới

Mọi Nam châm đều có 2 cực , Cực bắc và Cực nam . Từ trường tạo ra từ các đường sức lực (Lực từ) đi từ cực bắc đến cực nam . Khả năng hút vật liệu từ như Sắt, Nam châm khác về hướng mình

Nam châm điện

Nam châm điện được tạo ra từ các dẩn điện có dòng điện khác không chảy trong dẩn điện . Khi có dòng điện khác không chảy trong dẩn điện, Từ trường sản sinh . Khi dòng điện bằng không, từ trường biến mất . Từ trường của nam châm điện giống như từ trường của nam châm thường tạo ra từ các đường lực từ đi từ cực bắc (Cực dương của điện nguồn) đến cực nam (Cực âm của điện nguồn) và có khác năng hút các từ vật nằm cận kề .

Ưu điểm chính của một nam châm điện là từ trường có thể được thay đổi nhanh chóng trong một phạm vi rộng của các giá trị bằng cách kiểm soát sức mạnh của dòng điện. Theo định luật Ampere, Từ trường của dẩn điện tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây được tính bằng công thức sau

$B=LI$

Sau đây là cách tính cường độ từ trường của một số 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 cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây được tính bằng công thức sau

$L={\frac {B}{I}}$

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

Nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu là một nam châm đả được tôi luyện từ từ vật (Thép, Sắt) nhiểm từ của nam châm điện . Để có Nam châm vĩnh cửu , một từ vật được để bên trong các vòng quấn của một nam châm điện tạo ra từ cuộn từ dẩn điên. Khi có dòng điện khác không chảy trong cuộn từ, cuộn từ sản sinh từ trường . Từ trường này tạo ra từ nhiểm trên từ vật . Từ vật trở thành nam châm

Cách tính từ cảm và từ nhiểm

Từ cảm của cuộn từ dẩn điện

$B=LI={\frac {N\mu }{l}}I$

Từ nhiểm của lõi dẫn từ

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

Từ trường

Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các dẩn điện khi có dòng điện đi qua dẩn điện . Từ trường tạo ra từ các đường lực từ vô hình đi từ cực bắc đến cực nam . Ký hiệu từ trường là B

Cường độ Từ trường của dẩn điện

Theo Định luật Ampere, cường độ Từ trường được tính như sau

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

Cường độ Từ trường của cộng dây thẳng dẩn điện

$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi r}{A}}I$

Cường độ Từ trường của vòng tròn thẳng dẩn điện

$B=LI={\frac {\mu }{A}}I={\frac {2\pi }{A}}I$

Cường độ Từ trường của N vòng tròn thẳng dẩn điện

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

Cường độ Từ nhiểm của dẩn điện

Cường độ Từ nhiểm

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