Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Chương I: Giới thiệu - Nguyễn Công Phương

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết trường điện từ - Chương I: Giới thiệu - Nguyễn Công Phương

1. Nguy ễn Công Ph ươ ng Lý thuyết tr ường điện t ừ
2. Gi ới thi ệu (1) Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 2
3. Gi ới thi ệu (2) Kỹ thu ật Tươ ng thích Laser & y sinh điện từ quang điện tử Ăngten TRƯỜNG ĐIỆN T Ừ Máy điện Liên lạc Cảm bi ến Quân sự vô tuy ến từ xa qu ốc phòng Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 3
4. Gi ới thi ệu (3) Tươ ng thích điện từ ww.aysamakses.com/en/bilgi-bankasi/elektromanyetik-uyumluluk-emc/ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 4
5. Gi ới thi ệu (4) Kỹ thu ật y sinh Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 5
6. Gi ới thi ệu (5) Laser & quang điện tử ww.shutterstock.com/video/clip-3748037-stock-footage-masked-ninjas-strike-various- dramatic-poses-at-the-bottom-of-the-screen-plenty-of-space-for.html Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 6
7. Gi ới thi ệu (6) Ăngten Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 7
8. Gi ới thi ệu (7) Máy điện Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 8
9. Gi ới thi ệu (8) Liên lạc vô tuy ến ww.efxkits.us/project-kits-on-wireless-communication-for-electronics-professionals/ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 9
10. Gi ới thi ệu (9) Cảm bi ến từ xa sensing_instruments_on_SMART-1_scan_the_Moon_s_surface Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 10
11. Gi ới thi ệu (10) Quân sự qu ốc phòng russianplanes.net Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 11
12. Gi ới thi ệu (2) Kỹ thu ật Tươ ng thích Laser & y sinh điện từ quang điện tử Ăngten TRƯỜNG ĐIỆN T Ừ Máy điện Liên lạc Cảm bi ến Quân sự vô tuy ến từ xa qu ốc phòng Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 12
13. Gi ới thi ệu (11) Tr ường điện t ừ Điện tr ườ ng t ĩnh Từ tr ườ ng t ĩnh Điện t ừ tr ườ ng bi ến thiên ∂q ∂I ∂I = 0 = 0 ≠ 0 ∂t ∂t ∂t Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 13
14. Gi ới thi ệu (12) • W. H. Hayt, J. A. Buck. Engineering Electromagnetics . McGraw-Hill, 2007 • E. J. Rothwell, M. J. Cloud. Electromagnetics. CRC Press, 2001 • N. B. Thành, N. T. Quân, L. V. Bảng. Cơ sở lý thuy ết tr ường điện từ. NXB Đạ i học & trung học chuyên nghi ệp, 1970 • Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 14
15. Nội dung I. Gi ới thi ệu II. Gi ải tích véct ơ III. Lu ật Coulomb & cườ ng độ điện tr ườ ng IV. Dịch chuy ển điện, lu ật Gauss & đive V. Năng lượ ng & điện th ế VI. Dòng điện & vật dẫn VII. Điện môi & điện dung VIII. Các ph ươ ng trình Poisson & Laplace IX. Từ tr ườ ng dừng X. Lực từ & điện cảm XI. Tr ườ ng bi ến thiên & hệ ph ươ ng trình Maxwell XII. Sóng ph ẳng XIII. Ph ản xạ & tán xạ sóng ph ẳng XIV.Dẫn sóng & bức xạ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 15
16. Gi ải tích véct ơ 1. Vô hướ ng & véct ơ 2. Hệ to ạ độ Descartes 3. Tích vô hướ ng & tích hữu hướ ng 4. Hệ to ạ độ tr ụ tròn 5. Hệ to ạ độ cầu Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 16
17. Vô h ướng & véct ơ • Vô h ướ ng: đạ i l ượ ng đượ c bi ểu di ễn b ằng một s ố th ực (âm ho ặc d ươ ng) • Ví d ụ v ề vô h ướ ng: kho ảng cách, th ời gian, nhi ệt độ , kh ối l ượ ng, • Vô h ướ ng ký hi ệu b ằng ch ữ nghiêng, VD t, m, E, • Véct ơ: đạ i l ượ ng đượ c bi ểu di ễn b ằng độ l ớn (luôn dươ ng) & h ướ ng trong không gian (2D, 3D, nD) • Ví d ụ v ề véct ơ: l ực, v ận t ốc, gia t ốc, • Véct ơ ký hi ệu b ằng ch ữ th ẳng, đậ m, VD A • Có th ể thay ký hi ệu A bằng A Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 17
18. Gi ải tích véct ơ 1. Vô hướ ng & véct ơ 2. Hệ to ạ độ Descartes 3. Tích vô hướ ng & tích hữu hướ ng 4. Hệ to ạ độ tr ụ tròn 5. Hệ to ạ độ cầu Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 18
19. Hệ to ạ độ Descartes (1) z 0 y x Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 19
20. Hệ to ạ độ Descartes (2) z Mặt ph ẳng z = za Mặt ph ẳng x = xa 0 y x Mặt ph ẳng y = ya a ( xa, ya, za) Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 20
21. Hệ to ạ độ Descartes (3) z dS = dxdy az dy dS = dydz ax dV dz 0 P y dx x dS = dxdz ay dV = dxdydz Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 21
22. Hệ to ạ độ Descartes (4) z z r az 0 y y a ax y x x r = x + y + z → r = xax + yay + zaz x = xax; y = yay; z = zaz = rxax + ryay + rzaz Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 22
23. VD1 Hệ to ạ độ Descartes (5) z 3 A(2,4,3) R az 0 y a ax y 4 x 2 == + + RR 2 aaax 4 y 3 z Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 23
24. VD2 Hệ to ạ độ Descartes (6) z B(1,–1,4) A(2,4,3) 0 y x ==− +− +− R1 BAAB(x xx )( a AB y yy )( a AB z zz ) a =− +−− +− =+ − (2 1)ax [4 ( 1)] a y (3 4) aaaa zxyz 5 ==− +− +− R2 ABBA(x xx )( a BA y yy )( aa BA z zz ) =− +−− +− =−− + =− (12)ax (14) a y (43) aaaaR zxyz 5 1 Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 24
25. VD3 Hệ to ạ độ Descartes (7) z 3 R 3 A(2,4,3) R2 0 y R1 4 x 2 =− +− +− =− − R1 (22) ax (04) a y (03) aaa zyz 4 3 Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 25
26. VD4 Hệ to ạ độ Descartes (8) z 3 B(1,1,3) A(2,4,3) 0 1 y 1 4 x 2 ==− +− +− R1 BAAB(x xx )( a AB y yy )( a AB z zz ) a =− +− +− =+ (21)ax (41) a y (33) aaa zxy 3 ==− +− +− R2 ABBA(xxx )( a BA y yy )( aa BA z zz ) =− +− +− =−− =− (1 2)ax (1 4) a y (3 3) aaaR zxy 3 1 Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 26
27. Tích vô h ướng (1) • A·B = | A|| B|cos θAB – |A|: độ l ớn c ủa véct ơ A – |B|: độ l ớn c ủa véct ơ B – θAB : góc nh ỏ h ơn gi ữa hai véct ơ A & B • A·B = B·A • A·B = AxBx + AyBy + AzBz Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 27
28. Tích vô h ướng (2) B B θBa a θBa a B·a (B·a )a Thành ph ần vô h ướ ng c ủa Thành ph ần h ữu h ướ ng c ủa véct ơ B theo h ướ ng véct ơ B theo h ướ ng véct ơ đơ n v ị a véct ơ đơ n v ị a VD: Bx = B·a x VD: Bxax = ( B·a x)ax Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 28
29. VD Tích vô h ướng (3) Xét m ột tr ườ ng véct ơ G = yax – 2,5 xay + 3 az và điểm Q(4, 5, 2). Tính: a) G tại Q ? b) thành ph ần vô h ướ ng c ủa G tại Q theo h ướ ng c ủa véct ơ aN = ⅓(2 ax + ay – 2az) ? c) thành ph ần h ữu h ướ ng c ủa G tại Q theo h ướ ng c ủa aN ? =− +=− + a)()5GrQx a 2,5.4 aaa yzxyz 3 5 10 aa 3 1 1 b)Ga• =− (5 a 10 aa + 3 )• (2 aaa +− 2 ) = (10 −−=− 10 6) 2 N x yz3 xyz 3 1 c)(Gaa• )=− ( 2) (2 aaa +−=− 2 ) 1,333 a − 0,667 a + 1,333 a NN3 xyz x y z Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 29
30. Tích h ữu h ướng • A
    B = aN|A|| B|sin θAB – aN: véct ơ pháp tuy ến • B
    A = –(A
    B) A ax a y a z θAB × = B AB AAAx y z A
    B BBBx y z ax, ay, az : véct ơ đơ n vị của các tr ục x, y, z Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 30
31. Hệ to ạ độ Descartes (5) z ax.ay = 0 ax.ax = 1 az 0 ax
    ax = 0 a ax y x ax
    ay = az Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 31
32. Gi ải tích véct ơ 1. Vô hướ ng & véct ơ 2. Hệ to ạ độ Descartes 3. Tích vô hướ ng & tích hữu hướ ng 4. Hệ to ạ độ tr ụ tròn 5. Hệ to ạ độ cầu Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 32
33. Hệ to ạ độ tr ụ tròn (1) z 0 y ρ x z φ ρ, φ, z Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 33
34. Hệ to ạ độ tr ụ tròn (2) dS = ρdρdφa z z dρ z+dz dz z dS = ρdφdz aρ 0 y φ dS= dρdz aφ x φ+d φ ρ ρdφ ρ+d ρ dV = ρdρdφdz Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 34
35. Hệ to ạ độ tr ụ tròn (3) z az aφ aρ.aφ = 0 aρ.aρ = 1 0 y aρ
    aρ = 0 ρ aρ x φ a
    a = a z ρ φ z Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 35
36. Gi ải tích véct ơ 1. Vô hướ ng & véct ơ 2. Hệ to ạ độ Descartes 3. Tích vô hướ ng & tích hữu hướ ng 4. Hệ to ạ độ tr ụ tròn 5. Hệ to ạ độ cầu Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 36
37. Hệ to ạ độ c ầu (1) z r 0 y x r, θ, φ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 37
38. Hệ to ạ độ c ầu (1) z θ 0 y x r, θ, φ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 38
39. Hệ to ạ độ c ầu (1) z 0 y φ x r, θ, φ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 39
40. Hệ to ạ độ c ầu (2) z θ r y φ x r, θ, φ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 40
41. Hệ to ạ độ c ầu (3) z dS = rsin θdrd φaθ 2 dS = r sin θdθdφar dr dS = rdrd θaφ y rd θ x rsin θdφ dV = r2sin θdrd θdφ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 41
42. Hệ to ạ độ c ầu (4) z ar.aθ = 0 aφ a .a = 1 θ y r r r ar
    ar = 0 φ ar ar
    aθ = aφ x aθ r, θ, φ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 42
43. DESCARTES TR Ụ TRÒN CẦU x ρcos ϕ r sinθ cos ϕ y ρsin ϕ r sinθ sin ϕ z z rcos θ TR Ụ TRÒN DESCARTES CẦU ρ x2+ y 2 rsin θ ϕ atan(y / x ) ϕ z z r cos θ CẦU DESCARTES TR Ụ TRÒN r x2+ y 2 + z 2 ρ 2+ z 2 θ acos(z / x2+ y 2 + z 2 ) acos(z /ρ 2+ z 2 ) ϕ acot(x / y ) ϕ Lý thuy ết tr ườ ng điện t ừ - sites.google.com/site/ncpdhbkhn 43