Điện từ trường trong các đề thi thử

[cmt07]

Xin mọi người cho lời ý kiến, giải thích về một số câu hỏi liên quan đến điện từ trường.
1. (ĐH Vinh, lần 2, 2011)
Một dòng điện một chiều không đổi, chay qua dây dẫn thẳng thì xung quanh dây
A. có điện từ trường
B. có điện trường
C. không có điện từ trường
D. có từ trường
Đáp án: D.
Sao dòng không đổi mà lại có từ trường? Theo SGK thì điện trường biến thiên mới sinh ra từ trường?
2. Đặt một hộp kín hình cầu bằng sắt trong điện từ trường thì trong hộp sẽ:
A. không có điện trường, từ trường
B. có từ trường
C. có điện từ trường
D. có điện trường
Đáp án: A
Thắc mắc: Theo SGK thì sóng điện từ lan truyền trong mọi môi trường.

[Huỳnh Nghiêm]

1. Xung quanh dòng điện không đổi sẽ có một từ trường không đổi (từ trường tĩnh). Từ trường này tỉ lệ với cường độ dòng điện (Xem ba bài về từ trường tạo bởi dòng điện không đổi chạy qua các dây dẫn có hình dạng khác nhau ở SGK lớp 11)

2. Hộp kín bằng sắt làm phản xạ các sóng điện từ (hiệu ứng lồng Faraday) nên ở khoảng không gian bên trong không có điện từ trường

[cmt07]

1. Xung quanh dòng điện không đổi sẽ có một từ trường không đổi (từ trường tĩnh). Từ trường này tỉ lệ với cường độ dòng điện (Xem ba bài về từ trường tạo bởi dòng điện không đổi chạy qua các dây dẫn có hình dạng khác nhau ở SGK lớp 11)

2. Hộp kín bằng sắt làm phản xạ các sóng điện từ (hiệu ứng lồng Faraday) nên ở khoảng không gian bên trong không có điện từ trường

1. SGK lớp 11 NC trang 138 nói rõ rằng "Từ trường là một trường xoáy" mà bạn.

Điều mình thắc mắc là SGK NC lớp 12 trang 129 nói là "không có sự tồn tại riêng biệt điện trường và từ trường", vậy tại sao câu hỏi lại có các đáp án là A. điện trường, B. từ trường, ..

Nếu có điện trường thì chẳng phải luôn có từ trường sao?

Cùng trong trang 129, SGK còn muốn nhấn mạnh "điện trường tĩnh" chỉ có tính tương đối, nghĩa là trong một hệ quy chiếu khác, nó cũng có thể biến thiên sinh ra từ trường.

Vậy ta có thể hiểu những câu hỏi kiểu này ra sao?

2. Câu 2, bạn có thể nói rõ hơn về hiệu ứng lồng Faraday được không?
Nếu vật trong đề ra làm bằng kim loại khác thì kết quả ra sao.

[cmt07]

Xin mọi người cho mình ý kiến về vấn đề này nữa: Sóng vô tuyến điện là gì? Sóng vô tuyến có phải là sóng điện từ không?

[nguyen_lam_nguyen81]

 [-O<

Khó quá các bác ạ.

Lâm Nguyễn cũng mạ muội có một câu hỏi nho nhỏ. Nhờ các bác giải đáp hộ.

Điện trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích. Mà dòng điện trong kim loại là sự chuyển dời có hướng của e ngược chiều với chiều điện trường.

Vậy xung quanh dòng điện không đổi có điện trường không ha?
Vậy xung quanh dây dẫn kim loại chưa có dòng điện có điện trường không ha?

Kính các bác! Nói cho Lâm Nguyễn và anh em chưa thấu bớt dại.
Đa tạ các bác   [-O<

[Huỳnh Nghiêm]

Theo mình hiểu thì các thuật ngữ dùng ở lớp 11 muốn nói đến các trường không biến thiên theo t. "Xung quang các điện tích đứng yên tồn tại một điện trường tĩnh", "xung quanh 1 dòng điện không đổi tồn tại một từ trường tĩnh.
Các trường tĩnh này, mặc dù đều là hai mặt của trường điện từ, không biến thiên theo thời gian nên không lan truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ được (div B = 0 ; div E = 0)

Như vậy, xung quanh dòng không đổi không có điện trường tĩnh mà có từ trường tĩnh (@cmt07: từ trường tĩnh cũng được gọi là từ trường xoáy vì có đường sức khép kín. Hai thuật ngữ này độc lập nhau). Tương tự, xung quang một điện tích đứng yên không có từ trường tĩnh mà có điện trường tĩnh.

Điện từ trường, theo SGK, là sự gắn bó mật thiết giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên và như vậy mới có thể lan truyền dưới dạng sóng điện từ.

Điện trường tĩnh cũng như từ trường tĩnh, là hai dạng cực đoan (biên) của điện từ trường nói chung, không sinh ra sóng điện từ.

[Colosseo]

2. Hộp kín bằng sắt làm phản xạ các sóng điện từ (hiệu ứng lồng Faraday) nên ở khoảng không gian bên trong không có điện từ trường

Giải thích câu hỏi về lồng Faraday:

Khi một vật dẫn điện, ta xem như là lý tưởng, đặt trong điện trường tĩnh thì các electron tự do trên bề mặt vật dẫn sẽ di chuyển dưới tác dụng của điện trường. Các electron sẽ được sắp xếp lại theo một cách sao cho bề mặt vật dẫn là một mặt đẳng thế.

Khi đó, điện trường trong lòng vật dẫn là tổng hợp của điện trường bên ngoài và điện trường do sự phân bố của các electron tự do ở trên sinh ra. Sự tổng hợp này làm cho điện trường bên trong lòng vật dẫn bằng 0.
 
Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Faraday. Ứng dụng của nó là chế tạo các lồng Faraday để bảo vệ thiết bị, vật dụng hoặc con người dưới tác dụng của điện trường. Khi một vật nằm bên trong lồng, điện trường bên ngoài sẽ không thể tác dụng vào nó.

Lưu ý: lồng Faraday chỉ có tác dụng với điện trường tĩnh. Và nếu như không có bất kỳ điều kiện nào khác về cấu tạo của lồng, lồng Faraday sẽ không có tác dụng với điện từ trường; nghĩa là khi đặt vật dẫn trong điện từ trường, điện từ trường có  thể tồn tại trong lòng vật dẫn. Vì vậy, trả lời đúng cho  câu trắc nghiệm thứ 2 phải là có điện từ trường.

Một ví dụ thông thường về lồng Faraday là xe ôtô. Thân xe ôtô có thể được xem là lồng Faraday. Người ngồi trong xe sẽ không bị ảnh hưởng của điện trường tĩnh (ví dụ sét đánh không sao). Nhưng ở trong xe người ta vẫn có thể dùng điện thoại di động (vì điện từ trường có thể tồn tại ở trong xe).

[Colosseo]

Như vậy, xung quanh dòng không đổi không có điện trường tĩnh mà có từ trường tĩnh

Mình đồng ý với dieuuhcm78 về các khái niệm về trường tĩnh và trường xoáy ở trên. Có một điểm mình không đồng ý là trường xung quanh dòng điện không đổi.

*Khi điện tích đứng yên, ta có điện trường tĩnh.

*Khi điện tích chuyển động, ta có thể xem như  là điện trường tại một điểm quan sát thay đổi theo thời gian, từ đó mà sinh ra từ trường. Vậy điện tích chuyển động sẽ sinh ra từ trường.

Điện tích chuyển động sinh ra từ trường không có nghĩa là điện trường không còn. Xét 2 trường hợp:

1.   Điện tích chuyển động đều: điện trường do nó sinh ra tại một điểm sẽ biến thiên tuyến tính theo thời gian. Kết quả là từ trường sinh ra bởi sự biến thiên này là từ trường tĩnh. Từ trường do dòng điện không đổi sinh ra là thuộc trường hợp này.

2.   Điện tích chuyển động có gia tốc: khi đó sẽ có điện trường biến thiên sinh ra từ trường không tĩnh (biến thiên). Từ trường biến thiên lại sinh ngược lại điện trường biến thiên… Kết quả là ta thu được sự lan truyền sóng điện từ trường. 

Mình nhớ trong các mô hình nguyên tử hydro, có một mô hình nói rằng electron chuyển động tròn quanh hạt nhân. Mô hình này bị phản bác vì khi electron chuyển động tròn (nó sẽ có gia tốc hướng tâm), điện trường nó sinh ra sẽ biến thiên không tuyến tính theo thời gian (trường hợp 2). Từ đó sẽ dẫn đến sự lan truyền sóng điện từ trong không gian, electron mất năng lượng và cuối cùng sẽ bị rơi vào hạt nhân.


Trong lĩnh vực điện động lực học, người ta đã khảo sát trường (điện + từ) do hạt mang điện tích chuyển động sinh ra. Năm 1905 Einstein cũng đã khảo sát điện từ trường của vật mang điện chuyển động dưới quan điểm tương đối tính ()

Nói tóm lại, với mình, xung quanh dòng điện không đổi có từ trường và có cả điện trường.

-----------------------------------------------
Tham khảo thêm (tiếng Anh):

Tính toán điện trường – từ trường sinh ra bởi hạt mang điện chuyển động:
http://www.mathpages.com/home/kmath576/kmath576.htm

Điện động lực học của hạt mang điện chuyển động (Einstein):
http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

Mô phỏng điện trường của hạt mang điện chuyển động:
http://www.its.caltech.edu/~phys1/java/phys1/MovingCharge/MovingCharge.html

----------------------------------------------

[-O<

Vậy xung quanh dây dẫn kim loại chưa có dòng điện có điện trường không ha?

Dây dẫn kim loại được xem là trung hòa về điện tích thì xung quanh nó sẽ không có điện trường.

[Quang Dương]

Dòng điện không đổi chạy qua dây dẫn kim loại chỉ gây ra điện trường tĩnh.
Do điện trường của electron và các proton được xem gần đúng là khử lẫn nhau

[Huỳnh Nghiêm]

Lưu ý: lồng Faraday chỉ có tác dụng với điện trường tĩnh. Và nếu như không có bất kỳ điều kiện nào khác về cấu tạo của lồng, lồng Faraday sẽ không có tác dụng với điện từ trường; nghĩa là khi đặt vật dẫn trong điện từ trường, điện từ trường có  thể tồn tại trong lòng vật dẫn. Vì vậy, trả lời đúng cho  câu trắc nghiệm thứ 2 phải là có điện từ trường.
Một ví dụ thông thường về lồng Faraday là xe ôtô. Thân xe ôtô có thể được xem là lồng Faraday. Người ngồi trong xe sẽ không bị ảnh hưởng của điện trường tĩnh (ví dụ sét đánh không sao). Nhưng ở trong xe người ta vẫn có thể dùng điện thoại di động (vì điện từ trường có thể tồn tại ở trong xe).
[/quote]

Theo mình, hiệu ứng lồng faraday đúng cả với điện từ trường. Sóng điện thoại di động là UHF nên "mắt lưới" của lồng phải rất nhỏ (nhỏ hơn bước sóng) mới có tác dụng. Mình đã làm thí nghiệm thế này (các bạn nên kiểm chứng lại rồi cho mình biết kết quả): đặt cellphone của mình vào 1 hộp sắt thật kín rồi đậy lại, sau đó dùng điện thoại bàn gọi vào thì không được. Nhớ là hộp phải thật kín, có thể phải dùng giấy bạc thuốc lá dán ở những bản lề của nắp.

Còn trường hợp mất sóng khi vào các toà nhà bê tông (hầm để xe) thì thế nào? Không phải là hiệu ứng trên thì là gì?

[Colosseo]

Theo mình, hiệu ứng lồng faraday đúng cả với điện từ trường. Sóng điện thoại di động là UHF nên "mắt lưới" của lồng phải rất nhỏ (nhỏ hơn bước sóng) mới có tác dụng. Mình đã làm thí nghiệm thế này (các bạn nên kiểm chứng lại rồi cho mình biết kết quả): đặt cellphone của mình vào 1 hộp sắt thật kín rồi đậy lại, sau đó dùng điện thoại bàn gọi vào thì không được. Nhớ là hộp phải thật kín, có thể phải dùng giấy bạc thuốc lá dán ở những bản lề của nắp.

Còn trường hợp mất sóng khi vào các toà nhà bê tông (hầm để xe) thì thế nào? Không phải là hiệu ứng trên thì là gì?

Đồng ý với bạn là lồng Faraday có thể hoạt động được với sóng điện từ. Nhưng như mình nói ở trên, phải có điều kiện về cấu tạo của lồng. Như bạn nói ở đây, đó là "mắt lưới của lồng phải rất nhỏ (nhỏ hơn bước sóng)" --> Đồng ý.

Ngoài ra còn có 1 điều kiện về bề dày của lớp kim loại làm lồng. Vì khi ở trong điện từ trường, trên kim loại có xuất hiện hiệu ứng da. Sóng có thể bị lồng hấp thụ.

Với các tòa nhà hoặc hầm để xe mình không nghĩ đó là hiệu ứng Faraday, mà chỉ đơn giản là do có quá nhiều vật cản, sóng không thể xuyên qua được.
 

[Colosseo]

Dòng điện không đổi chạy qua dây dẫn kim loại chỉ gây ra điện trường tĩnh.
Do điện trường của electron và các proton được xem gần đúng là khử lẫn nhau

Một điện tích khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường và đồng thời điện trường xung quanh nó vẫn còn như mình đã giải thích ở trên.

Đối với dòng điện trong dây dẫn, sau khi đọc nhận xét của thầy dauquangduong ở trên thì mình đã có tìm hiểu lại vấn đề này.

Thì ra vấn đề này không đơn giản như chúng ta đã nghĩ:

•   (1976) Trong một bài báo trên tạp chí Physical Review D (Volume 14, Page 922) W. F. Ewards có đoạn: “vấn đề một mạch kín mang dòng điện không đổi có sinh ra điện trường hay không là một câu hỏi cơ bản trong lịch sử điện từ trường. Sự tồn tại của trường này đã có trong quan niệm của các nhà vật lý từ 1 thế kỷ trước, cho dù độ lớn của nó không thể ước lượng được. Theo những dự đoán của lý thuyết hiện nay (năm 1976) bây giờ chúng ta biết rằng các thiết bị lúc đó không đủ nhạy để phát hiện được hiện tượng này… Năm 1974, Ewards (cùng tác giả) đã báo cáo sơ bộ kết quả đo đạt điện trường cấp hai do dòng điện sinh ra. Những thí nghiệm đã chỉ ra một kết quả khác 0”.
•    (1981) Am. J. Phys (Volume 49, Page 450) của C.A.Coombes và H. Laue: “(Tóm tắt) Thông qua ví dụ về dây dẫn rất dài, chúng tôi nghiên cứu yếu tố sinh ra điện trường bên ngoài vật dẫn có dòng điện chạy qua. (Mở đầu) Merzbacher đưa ra câu hỏi là những điều kiện nào xác định điện trường bên ngoài dây dẫn thẳng mang dòng điện… ”
•   (2004) Brazilian Journal of Physics (Volume 34, Page 1738) của J. A. Hernandes và AKT. Assis: “(Mở đầu) Điện trường bên ngoài vật dẫn mang dòng điện đã được nghiên cứu trong rất nhiều trường hợp…”
•   (2000) A. Waser : “(Tóm tắt) Lý thuyết điện động lực học đã có từ hàng trăm năm nay và nó được dùng trong mọi ứng dụng về điện từ. Nhưng vẫn còn đó những tranh cãi, ví dụ về sự tồn tại của điện trường bên ngoài các dây dẫn mang điện…(Kết luận) Các ví dụ trên về các ứng dụng của điện động lực với các hạt mang điện chuyển động đều cho thấy có tồn tại lực điện trường bậc hai ở xung quanh các vật dẫn. Bởi vì  trường này không thể hiện giống như trường tĩnh mà gần giống với trường cảm ứng hơn, cho nên rất khó để đo được nó…”

----------------------------------------------
Các bài báo có thể tải ở đây:
http://www.mediafire.com/?a2jfth3q2ddf877

[Quang Dương]

Thật ra khi ta xét đến cấu tạo của vật chất từ các hạt vi mô thì tất cả các khái niệm như điện trường tĩnh hay từ trường tĩng là không tồn tại. Các khái niệm này được xây dụng với mộ hình của vật lí cổ điển. Khi ta xét các hạt vi mô cấu tạo nên vật chất thì không còn khái niệm đứng yên nữa ( do hệ thức bất định của Heisenberg ) . Thậm chí nếu đòi hỏi cao hơn thì khái niệm điện từ trường còn chính xác như trong vật lí cổ điển được không ?
Theo tôi đây là một câu TN để kiểm tra các em HS về kiến thức phổ thông thôi !

[Colosseo]

Trước hết để tóm tắt lại cho 2 câu hỏi ban đầu thì: Không có điện từ trường trong lòng quả cầu (giải thích theo bạn dieuuhcm78 theo lồng Faraday); Xung quanh dây dẫn chỉ có từ trường (theo nhiều bạn ở đây, và ta không xét đến những vấn đề sâu xa phức tạp khác).

-----------------------------------------------

Sau đó, mình xin mạn phép bàn ngoài lề một tí...

Theo như mình biết chúng ta được dạy rằng "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường". Nhưng chúng ta không được dạy rằng "xung quanh dòng điện không đổi không có điện trường". Và khi dạy lại cho HS, chúng ta vẫn chỉ nói cái đầu tiên.

Nghĩa là, trong tất cả các SGK, tài liệu tham khảo ở VN không có điểm nào nhấn mạnh rằng "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường nhưng không có điện trường" hoặc điều ngược lại "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường và cũng có điện trường".  Đó là lý do tại sao nhiều người vẫn tự hỏi liệu xung quanh dòng điện có điện trường hay không (vì SGK không khẳng định cũng không phủ nhận)? Để tránh những cuộc tranh luận như vậy, mình đề nghị SGK nên gút lại như sau:

Hoặc là: "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường nhưng không có điện trường"

Hoặc là: "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường và cũng có điện trường"

Hoặc là: "xung quanh dòng điện không đổi có từ trường và cũng có điện trường, nhưng không đáng kể và ở chương trình phổ thông chúng ta bỏ qua" (thậm chí là những lý do nào đó khác: nghiên cứu chưa rõ ràng...).