Bài giảng Lịch sử Vật lý - Phần IV: Điện học và từ học - Lê Thị Cẩm Tú

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾKHOA VẬT LÍLỊCH SỬ VẬT LÝ PHẦN IV. ĐIỆN HỌC VÀ TỪ HỌCGiảng viên : Cô Lê Thị Cẩm TúDANH SÁCH NHÓM SVTHNhóm TBCNNhóm CNĐQNỘI DUNGSỰ RA ĐỜI CỦA NGÀNH ĐIỆN HỌC VÀ TỪ HỌC.INHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG VỀ ĐIỆNIIINHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH TÍNH VỀ ĐIỆN.IITĨNH ĐIỆN HỌC VÀ TĨNH TỪ HỌCIVỨNG DỤNG VSỰ RA ĐỜI CỦA NGÀNH ĐIỆN HỌC VÀ TỪ HỌC.I600 năm trước Tây Lịch tại Hy Lạp, nhà triết học kiêm toán học lừng danh Thalès de Milet đã khảo cứu mọi hiện tượng và sự vật chung quanh. Ông Thalès chỉ tìm thấy rằng khi sát mạnh cục hổ phách bằng miếng da thì cục hổ phách đã hút các vật nhẹ, trái với trường hợp cục hổ phách không được chà sát.Trải qua 22 thế kỷ tới năm 1600, Sir William Gilbert là người đầu tiên khảo cứu về điện học và từ học. Trong việc nghiên cứu về điện lực và từ lực, Gilbert đã phát minh ra được một điện nghiệm kế (électroscope) dùng để khám phá các vật có chứa điện lượng rất nhỏ. NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH TÍNH VỀ ĐIỆN.II1745 Richman bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng điện.Đã chế tạo ra “ Chỉ thị điện” : Gồm một dây dẫn bằng sắt nằm ngang, có treo một sợi dây lanh buông thẳng đứng, cạnh một vật nặng.=> khi truyền điện vào dây dẫn thì sợi dây lanh bị hút về phía vật nặng, khi không còn điện nữa nó trở về vị trí ban đầu. => Richman dung chỉ thị điện để nghiên cứu hiện tượng điện đối với “ điện nhân tạo và điện thiên nhiên”=> Richman đã phát hiện ra điện trường xung quanh vật tích điện và tính chất của điện trường đó là giảm theo khoảng cách tới vật tích điện.NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH TÍNH VỀ ĐIỆN.II1745 Phranclin cũng nghiên cứu về điện.Thí nghiệm đầu tiên, ông đã nghiên cứu tác dụng của những mũi nhọn dẫn điệnÔng đưa ra khái niệm về điện dương và điện âm.Phranclin quan niệm rằng “ lửa điện là một chất phổ biến và mọi vật trước khi tích điện đều chứa một lượng lửa điện như nhau.Trong sự phân bố lại, vật nào mang thừa lửa điện là vật tích điện dương, vật nào mang thiếu lửa điện là vật tích điện âm.Ông chứng minh sự bảo toàn chất điện bằng thí nghiệm. Ông nêu ra giả thuyết về bản chất điện của các tia chớp.1752, ông thực hiện thí nghiệm nổi tiếng bằng cách dùng một chiếc diều thả lên trời khi có những đám mây giông đang bay tới.NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH TÍNH VỀ ĐIỆN.II1759 Công trình của Êpinuxơ “ Thí nghiệm về lí thuyết điện và từ” với quan niệm về các chất điện và chất từ, những chất lỏng mà các hạt tương tác với nhau và tương tác với vật chất bằng những lực hút và lực đẩy.Êpinuxơ đưa ra chất từ tương tự như chất điện để giải thích các hiện tượng từ, nhưng chất từ không hút hết được tất cả các vật mà chỉ hút được một số vật. Trong thiên nhiên có các vật từ giống như vật điện nhưng không có các chất dẫn từ giống như các chất dẫn điện. Còn về mặt khác, chất từ và chất điện tuân theo quy luật như nhau.NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG VỀ ĐIỆNIIIÊpinuxơ nghiên cứu tương tác từ và tương tác điện giữa các vật. “ Lực tương tác giảm theo khoảng cách, ông đoán rằng nó giảm theo tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giống như lực hấp dẫn”1967 Prixli phát biểu: Các phép tính lí thuyết chứng tỏ rằng nếu lực điện tỉ lệ với 1/rn, chỉ khi nào n đúng bằng 2 thì các điện tích mới dàn hết ra mặt ngoài của vật dẫn.1771 Cavendixo đã chứng minh bằng thí nghiệm rằng lực điện tỉ lệ với 1/rn trong đó n = 2 ± 1/50Cavendixo không công bố kết quả nghiên cứu của mình chính vì vậy mà tới 1879, macxoen mới tìm thấy và công bố n = 2 ± 21600.14 năm sau thí nghiệm Cavendixo, culong phát minh lại được định luật đó nhưng bằng một phương pháp khác, ngày nay mang tên định luật CulôngNHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG VỀ ĐIỆNIIICulông tạo ra chiếc cân xoắn rất chính xác và dùng nó để đo lực đẩy và lực hút giữa các điện tích bằng nhau.Phát biểu định luật : “Tác dụng đẩy cũng như tác dụng hút của hai quả cầu tích điện, và do đó giữa hai phần tử điện cũng vậy, tỉ lệ thuận với mật độ chất điện của cả hai phần tử điện và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng”NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG VỀ ĐIỆNIIICulông cho rằng có hai chất điện, chúng tồn tại trong mọi vật với số lượng như nhau.Ông nghiên cứu phân bố điện tích trong một vật dẫn và tìm ra rằng mọi điện tích đều dàn ra mặt ngoài. Ông cũng chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng: “ lực điện tại mỗi điểm của vật dẫn tỉ lệ với mật độ điện tích tại điểm đó”=> Những nghiên cứu của Culông đã xác lập được phương pháp đo các điện tích và từ tích.=> góp phần xây dựng lí thuyết toán học về các hiện tượng điện từ.TĨNH ĐIỆN HỌC VÀ TĨNH TỪ HỌCIVNhà toán học Grin ( 1793 – 1841) Ông nêu lên một nguyên tắc làm cơ sở cho lí thuyết giải tích về tĩnh điện.Nguyên tắc đó có thể xác định các lực điện nhờ một hàm của tọa độ, sao cho các thành phần của lực điện theo các trục tọa độ bằng đạo hàm riêng phần của hàm đó lấy theo các biến số tương ứng và theo dấu ngược lại.Ông cũng đã xây dựng phương pháp giải tích để giải một bài toán khó hơn.Gauxo (1777 – 1855) cũng đóng góp vào sự phát triển lí thuyết giải tích về tĩnh điện và tĩnh từ bằng việc xây dựng một lí thuyết tổng quát về thế.=> Những công trình của Poatxong, Grin, Gauxo được thực hiện vào đầu thế kỉ XIX. Về thực chất chúng tiếp nối và phát triển lí thuyết về các chất điện và chất từ của tĩnh điện học và tĩnh từ học thế kỉ XVIII. Điện học thế kỉ XIX sẽ phát triển theo một hướng hoàn toàn mới khi Ganvani phát minh ra dòng điện.ỨNG DỤNG VĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌCCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNGCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔICHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNGCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNGCHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪVCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNGĐiện tích.Lịch sử ra đời. Nhà triết học Hy Lạp Thalet lần đầu tiên mô tả hiện tượng khi cọ xát hổ phách vào miếng dạ thì nó có thể hút các vật nhẹ mà không cần tiếp xúc với các vật ấy. Sau đó, Benjamin Franklin đưa ra các khái niệm điện tích dương và điện tích âm. Franklin gọi điện tích ở thanh thủy tinh cọ xát với lụa là điện tích dương.Ứng dụng. Trong quá trình dạy học GV có thể dẫn dắt lịch sử phát hiện điện tích trước khi dạy kiến thức này cho HS.2. Định luật CulôngLịch sử ra đời. Năm 1785, Charles Augustin De Broglie Coulomb (Pháp) bằng thực nghiệm đã tìm ra định luật về sự tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên. Sau đó Coulomb đã tiến hành đo lực hút. Sau nhiều lần thí nghiệm ông kết luận lực hút giữa các điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.Ứng dụng. trong quá trình dạy học, GV có thể giới thiệu thí nghiệm cân xoắn của Coulomb và đưa thí nghiệm cân xoắn vào để dạy định luật Coulomb. VCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNGVCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG3. Thuyết eletronLịch sử ra đời. Thuyết electron ra đời vào cuối thế kỉ XIX sau khi người ta phát hiện ra electron nhờ các công trình của Stoney, Plucker, Crookes, Schuster và đặc biệt là Thomson và Millikan. Năm 1874, Stoney đã dựa vào hiện tượng điện phân và xác định được độ lớn điện tích nguyên tố e = 1,602023.10-19 C. Năm 1891, người ta đặt tên cho điện tích nguyên tố là electron theo đề nghị của Stoney. Năm 1900, Millikan đo được điện tích của electron bằng thí nghiệm Millikan đo được điện tích nhỏ nhất là 1,6. 10-19 C và điện tích của các hạt đều bằng số nguyên lần 1,6. 10-19 C.Ứng dụng. Khi dạy thuyết electron, Gv có thể dẫn dắt lịch sử ra đời của thuyết và chiếu các video để tăng thêm hứng thú học tập cho HS.VCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNGTHÍ NGHIỆM CỦA MILLIKANVCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG 5. Điện trườngLịch sử ra đời.Thuyết tương tác gần được Michael Faraday nêu lên lần đầu tiên sau đó được Maxwell hoàn thiện và chứng minh bằng lí thuyết. Ngày nay khoa học đã chứng minh được sự đúng đắn của thuyết tương tác gần. Nội dung cơ bản của thuyết: thuyết cho rằng lực tương tác giữa các vật thể chỉ có thể truyền từ vật này sang vật kia nhờ một môi trường nào đó bao quanh các vật. khi chỉ có một điện tích thôi thì khoảng không gian bao quanh nó cũng chịu những biến đổi nhất định.Michael Faraday là người đã đưa ra khái niệm điện trường ở thế kỉ XIX, đã cho rằng không gian bao quanh một vật tích điện được lấp đầy bởi các đường sức.Ứng dụng: Lý thuyết tác dụng gần là cơ sở của các kiến thức về điện trường, do đó GV nên tìm hiểu thuyết này để hiểu rõ hơn về bản chất của điện trường.  VCHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNGVCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔIDòng điện không đổi.Lịch sử ra đời. Năm 1800, Vonta (1745-1827) dựa trên những nghiên cứu trước đó đã phát minh ra dòng điện và loại máy phát dòng điện đầu tiên mang tên “cột Vonta” (pin). Năm 1826, Ampe(1775-1843) đã đưa ra 2 khái niệm cơ bản của điện học là sức căng điện (hiệu điện thế) và dòng điện. Ông định nghĩa chiều của dòng điện là chiều đi của điện tích dương. Ông cũng phát hiện ra tương tác giữa hai dòng điện, tương tác đó có thể là hút hoặc đẩy. Ứng dụng vào dạy học THPT:Tạo tiền đề cho các khái niệm trong chương Dòng điện không đổi, ở các bài : Dòng điện không đổi. Nguồn điện; Pin và Accquy; ở chương trình Vật Lý lớp 11.VCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI2. Định luật Jun-LenxoLịch sử ra đời định luật Jun - LenxơNăm 1841 Jun (1818 - 1889) công bố trên “Tạp chí triết học” một bài nghiên cứu về hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Ông nêu lên rằng lượng nhiệt tỏa ra trong dây dẫn tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện. Cũng vào thời gian đó Lenxơ (1804 - 1865) cũng nghiên cứu vấn đề đó một cách toàn diện và chính xác hơn, xác định các đơn vị điện trở, dòng điện và sức điện động, khảo sát nhiều loại điện trở khác nhau và đi đến một định luật đầy đủ công bố năm 1843. Định luật đó được gọi là định luật Jun - Lenxơ.Định luật này được trình bày trong chương Điện học, bài 16: “Định luật Jun – Lenxơ" sách giáo khoa vật lí lớp 9 và cũng tiếp tục tìm hiểu trong bài 8: “Điện năng. Công suất điện” SGK vật lý 11 cơ bản và bài 12 “Điện năng và công suất điện. Định luật Jun – Len-xơ SGK vật lý 11 nâng cao.Ta có thể dùng kiến thức lịch sử ra đời của định luật Jun - Lenxơ để mở đầu hoặc giới thiệu sơ qua về hoàn cảnh ra đời định luật cho học sinh trước khi đi vào dạy nội dung định luật => tạo hứng thú cho học sinh.2. Định luật Jun-LenxoVCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔIỨng dụng vào dạy học THPT:VCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI VCHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI VCHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG VCHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG2. Dòng điện trong chất bán dẫn:Lịch sử ra đời. Năm 1833, Faraday nhận thấy bạc sunfua có tính chất điện không giống cả kim loại lẫn điện môi. Nó có hệ số nhiệt điện trở âm. Năm 1873, Smit quan sát hiện tượng giảm điện trở của selen khi chiếu bằng ánh sáng mặt trời. Năm 1874, Brao nhận thấy Galen và frit có tính chỉnh lưu.Những chất như vậy người ta gọi là chất bán dẫnỨng dụng dạy học THPTLàm cơ sở lý thuyết để dạy bài dòng điện trong chất bán dẫn.VCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNGTương tác từLịch sử ra đời. Có ba khám phá gây thách thức đến cơ sở từ học. Đầu tiên, 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 chạy qua sẽ tương tác với nhau. Cuối cùng, 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. Ứng dụng: Những kiến thức từ ba khám phá trên là cơ sở cho những kiến thức trong chương 4 Từ trường, cụ thể là ở các bài học: bài Từ trường, bài Lực từ-cảm ứng từ, bài Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt. VCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNGVideoclip Thí nghiệm oxtetVCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNGVideoclip Thí nghiệm tương tác giữa 2 dòng điệnVCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNG2. Lực Lo-ren-xơLịch sử ra đời. Oliver Heaviside là người đầu tiên suy luận ra công thức cho lực Lorentz vào năm 1889,  mặc dù một số nhà lịch sử cho rằng James Clerk Maxwell đã đưa ra nó trong một bài báo năm 1865, Hendrik Lorentz tìm ra công thức sau Heaviside một vài năm và ông đã nghiên cứu và giải thích chi tiết ý nghĩa của lực này.Ứng dụng: GV có thể dẫn dắt lịch sử hình thành lực lo-ren-xơ trước khi hình thành công thức tính lực để góp phần tăng hứng thú học tập cho HS. Lực lo-ren-xơ có nhiều ứng dụng trong thực tiễn kỹ thuật như:VCHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNGĐèn CRTMáy gia tốc cyclôtrônBóng đèn hình TV CRTVCHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ1. Hiện tượng cảm ứng điện từLịch sử phát triển: Hiện tượng cảm ứng điện từ được Fa-ra-đây phát minh và công bố vào năm 1831. Đó là một trong những phát minh quan trọng nhất trong lĩnh vực điện từ Định luật cảm ứng Faraday dựa trên các thí nghiệm của Michael Faraday vào năm 1831Ứng dụng: Từ ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điện thế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vuông góc với một từ trường. Ông ta cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa. Nó đã tạo ra một điện áp một chiều nhỏ và dòng điện lớn.  VCHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ2. Dòng điện FU-CÔLịch sử ra đời Nhà vật lý người Pháp Léon Fu-cô (1819-1868) là người đầu tiên đã chứng minh sự tồn tại của các dòng điện cảm ứng trong vật dẫn nhờ tác dụng của một từ thông biến thiên.Ứng dụng và tác hại của dòng điện Fu-cô Trong các máy biến thế và động cơ điện, lõi sắt của chúng nằm trong từ trường biến đổi. Trong lõi có các dòng điện Fu-cô xuất hiện, năng lượng của các dòng Fu-cô bị chuyển hóa thành nhiệt làm máy nhanh bị nóng, một phần năng lượng bị hao phí và làm giảm hiệu suất máy. Dòng Fu-cô không phải là chỉ có hại. Nó cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Đồng hồ đo điện: Trong một số loại đồng hồ đo điện, người ta ứng dụng dòng điện Foucault để làm tắt nhanh dao động của kim đồng hồ. Phanh: Những loại phanh theo nguyên lý trên hiện nay được dùng làm phanh hãm cho xe tải, cần trục, tàu hỏa cao tốc, hay thậm chí xe đẩy, xe đạpVCHƯƠNG IV. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪVCHƯƠNG IV. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪCẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE