Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài: Điện động lực học

 
Mục đích định nghĩa : viết pt maxwell về dạng quen thuộc 
Môi trường đồng nhất và đẳng hướng, E nhỏ 
Chú ý 
Nếu môi trường không đẳng hướng 
Với trường hợp điện trường mạnh ta không thể bỏ qua các phụ thuộc của véc-tơ phân cực vào bậc cao của điện trường . Lúc đó không còn sự phụ thuộc tuyến tính và nói chung lý thuyết về điện môi như ta xây dựng bên trên không còn đúng nữa . 
Chứng minh 
Dòng điện trong môi trường 
Chỉ có điện trường , định luật Ohm dạng vi phân 
Tổng quát : có điện trường , từ trường 
Vectơ cực : đổi dấu qua phép nghịch đảo không gian 
Đối với số hạng thứ 3 
E, B biến đổi chậm theo thời gian 
Sự nhiễm từ - vectơ nhiễm từ 
Moment lưỡng cực từ 
Chứng minh 
Vectơ cường độ từ trường 
Điện từ trường yếu và biến đổi chậmmôi trường đồng nhất đẳng hướng 
Các điều kiện biên 
Điều kiện của 
Điều kiện của 
Điều kiện của 
Điều kiện của 
Điều kiện cho 
Điều kiện cho 
Điều kiện cho 
Điều kiện cho 
Hệ pt Maxwell trong môi trường 
Hai hướng tiếp cận 
Lực 
Gia tốc 
Vận tốc 
Năng lượng 
Động năng 
Thế năng 
Động lượng  
Bài toán cơ 
Điện 
 từ trường 
Bài tiếp theo 
Thế vô hướng 
Thế vectơ 
Trường tĩnh 
Thế vô hướng 
Xét môi trường chỉ có phân bố điện tích không thay đổi theo thời gian . 
Phương trình Maxwell 
Có thể mô tả điện trường bằng một trường vô hướng 
Phương trình Poisson 
Thế vô hướng tĩnh điện 
Bài toán 1 
Cho phân bố điện tích trong không gian với mật độ . Hãy tìm dạng tường minh của thế vô hướng . 
Bài toán 2 
Ý nghĩa vật lý của đại lượng thế vô hướng ? Vì sao trong công thức ta cho dấu trừ vào ? 
Bài toán 3 
Chứng minh rằng trường tĩnh điện là trường thế . 
Thế vectơ 
Thế vectơ 
Điều kiện định cỡ 
Vì 
Bài toán 1 
Tìm thế vectơ do phân bố dòng tạo ra 
Bài 2 
Tìm thế vectơ do dòng điện thẳng dài 2L có cường độ I sinh ra tại một điểm trên mp trung trực 
Bài 3 
Thế vectơ và từ trường của dòng điện hình trụ????? 
Phương trình Poisson 
Năng lượng  
Hạt trong điện trường 
Hạt trong từ trường 
Hạt trong điện từ trường 
Điện từ trường có tồn tại độc lập hay không ? ( điện từ trường có tồn tại khi không có phân bố điện tích , không có dòng ?) 
??? 
Các minh chứng thực tế 
Sóng điện từ tự do 
Thiên hà andromeda cách TĐ 2t y as 
Giải Nobel Vật lý 2006: Vật đen và sự bất đẳng hướng của bức xạ nền vũ trụ  
Hệ phương trình Maxwell 
???? 
Tìm các phương trình độc lập cho E,B? 
Xét một thành phần bất ki 
Sóng phẳng – sóng phẳng đơn sắc 
Xét trường hợp 1 chiều : 
Đổi biến 
Ý nghĩa 
Sóng truyền tới 
Sóng truyền ngược lại 
Mối quan hệ các vectơ điện từ 
Xét sóng điện từ làn truyền theo phương ox 
 là phương truyền sóng 
Tìm phương của các vectơ điện từ 
Phương của H 
Kết luận 
 tạo thành tam diện thuận 
Vài ứng dụng 
Bức xạ điện từ 
Phương trình Maxwell và điều kiện định cỡ 
Thế vectơ, thế vô hướng 
Tính không đơn trị 
Điều kiện định cỡ lorenzt 
PHƯƠNG TRÌNH CHO 
Phương trình cho các thế 
Cho thế vectơ 
Bức xạ điện từ của điện tích điểm 
r’ 
r 
O 
Nếu chọn góc tọa độ tại vị trí q(t) thì hàm điện thế có tính đối xứng cầu 
Giải phương trình 
Khi R->0 
Kết luận và ý nghĩa 
Thuyết tương đối hẹp 
TIỂU SỬ ALBERT EINSTEIN 
	 Albert Einstein năm 1920 
 Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) sinh ra trong gia đình Do Thái tại miền Nam nước Đức. Lúc 12 tuổi, Einstein đã bắt đầu mê môn hình học và đã ảnh hưởng quan trọng đến cuộc đời sáng tạo sau này của ông. 
 Tư tưởng bài trừ Do Thái đã buộc gia đình Einstein phải chuyển đến Thụy Sĩ và ông được tuyển thẳng vào trường đại học bách khoa Zurich do thành tích học tập xuất sắc. 
 Hè năm 1902, Einstein được nhận vào phòng sáng chế ở Bern với chức danh : giám định viên hạng ba. 
 Với ba bài báo vào năm 1905 đã đưa ông trở thành nhà khoa học hàng đầu thế giới và bắt đầu hai cuộc cách mạng về tư tưởng làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về không gian, thời gian và bản thân thực tại. 
 Năm 1906, Einstein bảo vệ thành công luận án tiến sĩ. Năm 1916, ông công bố thuyết tương đối rộng, năm 1921 ông nhận giải thưởng Nobel. Mùa thu 1933, Einstein sang Mỹ và làm việc ở đó đến cuối đời. 
 MẦM MÓNG RA ĐỜI CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI  * LÝ THUYẾT Ê-TE CỐ ĐỊNH   
 Nếu ánh sáng là sóng trong một loại vật chất đàn hồi được gọi là ê-te thì vận tốc của ánh sáng đối với người ở trên tàu vũ trụ chuyển động ngược hướng ánh sáng (a) sẽ nhanh hơn vận tốc của ánh sáng đối với người trong con tàu chuyển động cùng hướng với ánh sáng (b). 
Albert Michelson 
Edward Morley 
Thí nghiệm Michelson – Morley : (1887) 
Trong giao thoa kế Michenson-Morley, ánh sáng từ nguồn sáng được tách thành hai chùm bằng một gương bán mạ. Hai chùm sáng đi theo hai hướng vuông góc với nhau sau đó lại kết hợp thành một chùm sáng sau khi đập vào gương bán mạ một lần nữa. Sự sai khác về tốc độ ánh sáng của hai chùm sáng đi theo hai hướng có thể làm cho các đỉnh sóng của chùm sáng này trùng với đáy sóng của chùm sáng kia và chúng triệt tiêu nhau.  
ĐO VẬN TỐC ÁNH SÁNG 
Sơ đồ thí nghiệm được vẽ lại từ sơ đồ được in trên tạp chí Scientific American năm 1887. 
Nền móng cơ bản về thuyết tương đối hẹp Einstein công bố vào tháng 6-1905 trong tập san vật lý Annalen Der Physik ở Đức. 
 Trong tác phẩm năm 1905, Einstein tung ra “ Thuyết Tương đối đặc biệt ” 
* Giả thuyết thứ I là: mọi sự chuyển động đều có tính chất tương đối. 
 * Giả thuyết trụ cột thứ II của Einstein là: Tốc độ của ánh sáng không bị lệ thuộc vào sự chuyển động của nguồn sáng. 
- Tiên đề thứ nhất : Các định luật vật lý đều được phát biểu như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính, hay về mặt toán học, các phương trình mô tả các định luật tự nhiên đều có dạng như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính. 
- Tiên đề thứ hai : Tốc độ ánh sáng trong chân không là một hằng số trong tất cả các hệ quy chiếu quán tính, hay phát biểu rõ hơn, tốc độ ánh sáng về mọi hướng đều bằng nhau và không phụ thuộc vào vận tốc của nguồn sáng. 
 Thuyết tương đối hẹp gắn liền với tên tuổi của Einstein, tuy nhiên chúng ta cần nhắc đến công lao của các nhà khoa học khác đã chuẩn bị mảnh đất cho sự nảy mầm của thuyết tương đối hẹp. 1. Hendrik Antoon Lorentz : ( 1853 – 1928 ) nhà vật lý lí thuyết người Hà Lan. 
 - Lorentz cũng đi theo giả thuyết về sự tồn tại của một chất ê-te bất động. Để giải thích kết quả thí nghiệm của Michelson – Morley, ông đã nêu lên giả thiết về sự co kích thước của các vật chuyển động trong chất ê-te. 
 - Lorentz cũng nêu lên rằng : Khi một vật hình cầu chuyển động trong ê-te , thì nó bị nén thành một hình elipxoit và khối lượng của nó tăng lên. 
 Phép biến đổi của Lorentz đã đặt nền tảng cho lí thuyết tương đối của Einstein. 
2. Henry Poincare : ( 1854 – 1912 ) nhà bác học người Pháp. 
 - Poincare đã xây dựng một phương pháp toán học gọi là không gian 4 chiều : 3 chiều không gian x, y, z và một chiều không gian ảo t, trong đó phép biến đổi Lorentz tương đương với một phép quay tọa độ. 
 - Năm 1905 ông viết: “ Việc không thể phát hiện được chuyển động tuyệt đối của Trái Đất có vẻ như là một quy luật tổng quát của thiên nhiên”. 
 Như vậy, Poincare đã nêu lên một số luận điểm quan trọng của thuyết tương đối. 
3. Mincopxki : (1864 – 1909) nhà khoa học người Nga 
 Mincopxki đã tạo ra cho thuyết tương đối hẹp một cách biểu đạt cụ thể và hữu hiệu qua “hình học 4 chiều” . Theo quan điểm hình học của mình, ông đã giải thích rõ ràng động lực học của thuyết tương đối hẹp và chỉ ra sự thống nhất của không-thời gian. 
Lightcone diagram showing the worldline of a moving observer 
“ PHƯƠNG TRÌNH CỦA CHÚA “ 
Có lẽ đây là phương trình vật lý duy nhất mà chúng ta có thể thấy trên đường phố 
 Bức thư tiên đoán của Einstein gửi tổng thống Roos- evelt năm 1939 
 “Trong thời gian bốn tháng qua, thông qua các công trình của Joliot ở Pháp cũng như Fermi và Szilard ở Hoa Kỳ, chúng ta có thể xây dựng một phản ứng hạt nhân với một khối lượng lớn Urani um, nhờ đó mà sinh ra một nguồn năng lượng lớn. Bây giờ, chúng ta có thể làm điều này trong một tương lai gần. 
Mặc dù chưa chắc chắn, nhưng hiện tượng mới này có khả năng dẫn đến việc tạo ra các quả bom có sức công phá cực lớn.” 
Thử nghiệm về bom nguyên tử trong dự án Manhattan 
SO SÁNH QUAN ĐIỂM NEWTON VÀ EINSTEIN 
KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN 
VŨ TRỤ 
KHÔNG GIAN – THỜI GIAN Newton 
Thời gian tuyệt đối : là sự lâu dài thuần túy , là cái trống rỗng để chứa các biến cố , không phải là vật chất.Nó vốn có sẵn từ xưa và tiếp tục tồn tại mãi mãi không thay đổi . 
Không gian tuyệt đối:là cái trống rỗng để chứa mọi vật , nó không phải là vật chất,nó có sẵn từ xưa và tồn tại mãi mãi không thay đổi.Không gian tuyệt đối có 3 chiều liên tục đồng nhất đẳng hướng và không chuyển động . 
Trước đây , quan niệm không và thời gian là cái “ sân khấu ” để vật chất trình diễn trên đó . 
Nay,chính không và thời gian tham gia trực tiếp vào màn trình diễn đó . 
Không thời gian Enstein 
Không gian và thời gian là tương đối 
Không gian và thời gian gắn liền với nhau 
Khôn thời gian không chỉ còn là “sân khấu”, mà còn tham gian vào các vận động của vật chất. 
KHÔNG GIAN- THỜI GIAN 
KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN 
VŨ TRỤ 
Vũ trụ 
Newton: vô thủy vô chung, không bắt đầu không kết thúc 
Enstein: vũ trụ luôn thay đổi, có bắt đầu, có thể kết thúc và bắt đầu lại 
Các cơ sở 
Nguyên lý tương đối Galileo 
Tính bất biến của khoảng cách 
Phép cộng vận tốc 
Nguyên lý tương đối Enstein 
Tiên đề 1: các định luật vật lý (tự nhiên) đều được phát biểu như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính hay về mặt toán học, các phương trình mô tả các định luật tự nhiên đều có dạng như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính 
Nguyên lý tương đối Enstein 
Tiên đề 2: tốc độ ánh sáng trong chân không là một hằng số trong tất cả các hệ qui chiếu quán tính hay tốc độ ánh sáng về mọi hướng đều bằng nhau và không phụ thuộc vào vận tốc nguồn 
Khoảng 4 chiều – tính bất biến của khoảng 
Chứng minh khoảng 4D bất biến 
Các trường hợp đặc biệt 
Khoảng giống thời gian 
Khoảng giống không gian 
Nguyên lý nhân quả, nón ánh sáng 
Phép biến đổi Lorentz