Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Ôn tập chương 1 (Bản hay)

 điện tích này gây ra một điện trường phụ 
Điện trường tổng hợp tại một điểm trong khối điện môi : 
Xét một khối điện môi đồng chất, đẳng hướng đặt trong điện trường của hai mặt phẳng song song vô hạn tích điện đều trái dấu. 
Chất điện môi được lấp đầy khoảng không gian giữa hai mặt phẳng mang điện . 
điện trường phụ ngược chiều với điện trường ngoài 
Theo nguyên lý chồng chất điện trường, tại một điểm trong khối điện môi: 
 E = E 0 – E’ 
mặt khác ta có 
là hằng số điện môi của môi trường 
Nhận xét : 
Điện trường tổng hợp trong chất điện môi giảm đi  lần so với điện trường trong chân không. 
 Biểu thức liên hệ giữa và   : 
Trong môi trường đồng chất và đẳng hướng: 
4. Các điện môi đặc biệt 
a. Điện môi Secnhet : 
+ Hằng số điện môi  phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong một khoảng nhiệt độ xác định nào đó, hằng số điện môi rất lớn, có thể đạt 10 4 . 
+ Hằng số điện môi  phụ thuộc vào E : 
  = f(E) 
+ Sau khi bỏ điện trường ngoài đi, các chất điện môi này vẫn còn bị phân cực hiện tượng này gọi là hiện tượng điện trễ. 
+ Khi tăng nhiệt độ lên > T c nào đó (phụ thuộc vào bản chất Secnhet điện) gọi là nhiệt độ Curi, chất Sécnhet điện mất hết những tính chất trên trở thành điện môi bình thường. 
Các điện môi Secnhet có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật: Chế tạo tụ điện có kích thước nhỏ, điện dung lớn. 
b. Hiệu ứng áp điện 
Hiệu ứng áp điện thuận: 
- Khi nén hoặc kéo dãn một số tinh thể điện môi theo phương đặc biệt trong tinh thể thì trên những mặt giới hạn của tinh thể có xuất hiện những điện tích trái dấu tương tự như những điện tích xuất hiện trong hiện tượng phân cực điện môi gọi là hiệu ứng áp điện thuận. 
Nếu đổi dấu của biến dạng (đổi chiều lực tác dụng) thì điện tích xuất hiện trên hai mặt cũng đổi dấu giữa hai mặt giới hạn có một hiệu điện thế. 
Hiệu ứng này được ứng dụng trong các thiết bị để biến đổi những dao động cơ thành dao động điện... 
* Hiệu ứng áp điện nghịch: 
Là hiện tượng nếu ta đặt lên hai mặt của tinh thể một hiệu điện thế thì nó sẽ bị giãn hoặc nén. 
Nếu dùng hiệu điện thế xoay chiều thì bản tinh thể sẽ bị giãn, nén liên tiếp và dao động đàn hồi theo tần số của hiệu điện thế xoay chiều 
Tính chất này được ứng dụng để chế tạo các nguồn phát siêu âm 
II. Vật liệu từ 
1.Sự từ hoá - phân loại vật liệu từ 
a. Sự từ hoá 
Mọi chất đặt trong từ trường ngoài sẽ bị từ hóa, nghĩa là chúng trở nên có từ tính và chúng sinh ra một từ trường phụ 
Từ trường tổng hợp trong vật liệu từ 
b. Phân loại vật liệu từ 
Tuỳ theo tính chất và mức độ từ hoá, người ta chia từ môi ra làm 3 loại: 
Chất nghịch từ: Là những chất khi bị từ hoá sẽ sinh ra một từ trường phụ ngược chiều với từ trường ban đầu B 0 và có giá trị nhỏ, do đó 
- Chất thuận từ: Là những chất khi bị từ hoá sẽ sinh ra một từ trường phụ cùng chiều với từ trường ban đầu B 0 và có giá trị nhỏ, do đó 
- Chất sắt từ: Là những chất trong đó từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngoài và có giá trị lớn hơn rất nhiều B 0 
2. Hiệu ứng nghịch từ 
a. Mụmen từ và Mụmen động lượng của nguyờn tử cụ lập 
Vỡ elờctron cú khối lượng và chuyển động quay xung quanh hạt nhõn nờn nú cú một mụmen động lượng quỹ đạo (mụmen động lượng orbital) 
Mụmen từ orbital (quỹ đạo) của e - 
 Ngoài ra elờctron cũn cú mụmen từ riờng (hay mụmen từ spin) và mụmen cơ riờng 
Mụmen từ của cả nguyờn tử: 
Mụmen động lượng của nguyờn tử: 
 b. Nguyờn tử đặt trong từ trường ngoài - hiệu ứng nghịch từ: 
Xột trường hợp nguyờn tử cú một elờctron được đặt trong từ trường ngoài đều. hợp với mặt phẳng quỹ đạo của e - một gúc . 
mụmen lực từ tỏc dụng lờn e - : 
Dưới tỏc dụng của e - sẽ cú thờm một chuyển động quay quanh một trục đối xứng trựng phương của mụmen động lượng orbital tức là quay xung quanh phương của gọi là chuyển động tuế sai 
 Vận tốc gúc của chuyển động tuế sai của e - (vận tốc Lỏcmo) 
Khi nguyờn tử đặt trong từ trường ngoài, mỗi e - sẽ tham gia một chuyển động phụ, nguyờn tử cú một mụmen từ phụ 
 là trung bỡnh bỡnh phương khoảng cỏch từ e - đến hạt nhõn nguyờn tử. 
Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng nghịch từ. 
Hiệu ứng nghịch từ xẩy ra chung cho bất cứ nguyờn tử nào. Tuy nhiờn vỡ rất nhỏ so với nờn bị cỏc hiệu ứng khỏc mạnh hơn bị che lấp. Vỡ vậy trong thực tế chỉ cú những vật liệu nào cú mụmen từ nguyờn tử bằng khụng thỡ mới cú hiệu ứng nghịch từ, ta gọi chỳng là vật liệu nghịch từ. 
3.Véctơ từ hoá (véctơ từ độ): 
đặc trưng cho mức độ từ hoá của vật liệu từ 
- Định nghĩa véctơ từ hoá : Là mômen từ của một đơn vị thể tích của khối vật liệu từ 
Nếu khối vật liệu từ bị từ hoá đồng đều: 
Trong đó là tổng các vectơ mômen từ nguyên tử chứa trong thể tích V 
*Nếu khối vật liệu từ bị từ hoá không đồng đều thì: 
+ Độ lớn của được gọi là từ độ của vật liệu từ 
+ Thực nghiệm chứng tỏ: Trong toàn bộ không gian có chứa đầy chất thuận từ và nghịch từ đồng nhất, véctơ tỉ lệ thuận với 
theo công thức: 
Trong đó: 	 
  m phụ thuộc bản chất của vật liệu từ, gọi là độ từ hoá của vật liệu từ 
+ Đối với môi trường không đồng nhất, và 
 không tỉ lệ bậc nhất với nhau 
4. Chất thuận từ và nghịch từ đặt trong từ trường ngoài: 
a. Chất nghịch từ 
Xột một khối nghịch từ đồng nhất đặt trong từ trường ngoài . Gọi n 0 là mật độ nguyờn tử của khối nghịch từ, vộctơ từ độ được xỏc định bởi cụng thức: 
So sỏnh với cụng thức: ta cú: 
Đối với chất rắn, nếu lấy: 
cú hiệu ứng nghịch từ nhưng rất yếu 
Độ từ hoỏ của chất nghịch từ khụng phụ thuộc vào cảm ứng từ của từ trường ngoài và nhiệt độ T 
b. Chất thuận từ đặt trong từ trường ngoài: 
Khi chưa đặt khối thuận từ trong từ trường ngoài, do chuyển động nhiệt cỏc mụmen từ nguyờn tử xếp hoàn toàn hỗn loạn. Nờn tổng cỏc mụmen từ nguyờn tử bằng khụng . Vật liệu khụng cú từ tớnh. 
Khi đặt khối thuận từ trong từ trường ngoài , cỏc mụmen từ nguyờn tử cú khuynh hướng sắp xếp theo hướng của từ trường ngoài. Đú là hiệu ứng thuận từ. 
Đối với khối thuận từ đồng chất cú mật độ nguyờn tử là n 0 
Độ từ húa J được xỏc định bởi : 
Trong đú: là giỏ trị trung bỡnh của 
theo hướng của từ trường ngoài , k là hằng số Bụzơman, T là nhiệt độ tuyệt đối của khối thuận từ. 
Vỡ: và luụn cựng chiều nờn 
so sỏnh với phương trỡnh 
Ta cú: 
Trong đú: là hằng số curi phụ thuộc 
vào bản chất của cỏc chất thuận từ 
5. Từ trường tổng hợp trong chất thuận từ và nghịch từ: 
Khi bị từ hoỏ, vật liệu từ sinh ra một từ trường phụ . do cỏc mụmen từ nguyờn tử quyết định và cú liờn hệ với vộctơ từ hoỏ bởi cụng thức: 
Từ trường tổng hợp 
Đặt: 
 Kết luận: Vộctơ cảm ứng từ tổng hợp trong cỏc vật liệu thuận từ và nghịch từ đồng nhất tỉ lệ với vộctơ cảm ứng từ trong chõn khụng và bằng  lần vộctơ cảm ứng từ trong chõn khụng 
 Đối với chất thuận từ  > 1 
Đối với chất nghịch từ:  < 1 
III. Sắt từ 
1. các tính chất của sắt từ: 
Sắt từ là một loại vật liệu từ mạnh, độ từ hoá của sắt từ rất lớn: sắt có những đặc tính sau: 
a. Độ từ hóa của sắt từ không tỉ lệ thuận với cường độ từ trường ngoài H 
Với khối sắt từ chưa bị từ hoá lần nào: Khi H = 0 thì J = 0. Khi H tăng, J cũng tăng, lúc đầu nhanh theo H, sau đó tăng chậm hơn. Khi từ trường tới khoảng vài trăm A/m, thỡ độ từ húa đạt tới giỏ trị cực đại, nếu từ trường tiếp tục tăng thỡ độ từ húa khụng tăng nữa , độ từ hoỏ đạt tới trạng thỏi bóo hoà. 
b. Độ từ thẩm tỉ đối của sắt từ phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài H 
Khi từ trường ngoài bắt đầu tăng từ giá trị 0 thì độ từ thẩm  tăng nhanh theo H đến giá trị  max . Nếu H tiếp tục tăng thì  giảm tiến dần tới đơn vị. 
c. mọi chất sắt từ đều có tính từ dư 
Nghĩa là khi bỏ từ trường ngoài (H = 0), sắt từ vẫn còn giữ được từ tính. 
 H k 
 H 1 
 -H 1 
H 
 -H k 
0 
A 
B d 
A’ 
- Căn cứ vào đặc điểm của chu trình từ trễ mà phân ra có hai loại sắt từ: 
+ Sắt từ cứng: Có từ trường khử từ H k lớn, chu trình từ trễ rộng, từ trường còn dư mạnh và bền vững. 
ứng dụng: được dùng để luyện các nam châm vĩnh cửu 
+ Sắt từ mềm: Có từ trường khử từ H k nhỏ, chu trình từ trễ hẹp, tính từ dư rất mạnh nhưng dễ bị khử. 
ứng dụng: được dùng làm các lõi nam châm, máy điện 
d Nhiệt độ Curi: 
- Thực nghiệm chứng tỏ nung nóng khối sắt từ thì cảm ứng từ dư giảm. Khi tới nhiệt độ T c thì tính từ dư của sắt từ mất hẳn T C gọi là nhiệt độ Curi (hay điểm Curi) 
- Khi nung quá T C : Các vật liệu sắt từ đặt trong từ trường ngoài trở thành chất thuận từ. Khi đó các tính chất đặc trưng của sắt từ mất đi và một số tính chất vật lí khác thay đổi (Ví dụ: Nhiệt dung, độ dẫn điện). 
- Khi làm lạnh sắt từ xuống dưới T c thì những tính chất đặc trưng của sắt từ lại xuất hiện. 
e. Hiện tượng từ giảo 
 Là hiện tượng khi bị từ hoá, hình dạng và kích thước của vật liệu sắt từ bị thay đổi 
Hiệu ứng từ giảo có đối với mọi chất, thể hiện rõ nhất đối với sắt từ (nhưng cũng không lớn lắm). 
Độ lớn và dấu của hiệu ứng từ giảo (giãn hoặc co) phụ thuộc vào bản chất của vật liệu sắt từ, hướng của trục tinh thể so với hướng từ trường và cường độ từ trường 
Đối với một số loại sắt từ, dấu của hiệu ứng thay đổi khi chuyển từ: từ trường yếu sang từ trường mạnh. 
Hiệu ứng từ giảo nghịch: một biến dạng cơ học của vật có tính từ giảo sẽ gây ra một sự biến đổi trạng thái từ hoá của vật đó. 
Hiệu ứng từ giảo được ứng dụng để chế tạo ra các máy phát siêu âm, rơle, bộ rung, bộ lọc, máy biến đổi, thiết bị ổn định, áp kế... có độ chính xác cao 
2. Ferit 
Là những chất bán dẫn sắt từ - hợp chất hoá học của Fe 2 O 3 (ôxit sắt 2) và ôxit của một hoặc vài kim loại hoá trị 2 (Li, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cd...). 
Ferit có những đặc tính của sắt từ, có hiện tượng từ trễ, điểm Curi 
nhưng tính ưu việt cơ bản của ferit so với sắt từ kim loại là nó có điện trở suất lớn hơn điện trở suất của sắt từ rất nhiều 
điện trở suất của sắt : 
của Ferit : 
Ferit không mất mát năng lượng do dòng fucô sinh ra nên ferit được dùng làm lõi của các cuộn dây tự cảm có dòng cao tần chạy qua. 
Các ferit Magiê - Mangan và một số vật liệu khá có chu trình từ trễ gần giống hình chữ nhật được dùng làm các phần tử lôgic và nhớ trong máy tính điện tử, trong thông tin, trong vô tuyến định vị...