Hµng lo¹t c¸c nghiªn cøu cßn chØ ra r»ng trong qu¸ khø ®· tõng x¶y ra hiÖn tðîng ®¶o tõ cùc, thËm chÝ kh«ng ph¶i chØ ®¶o mét lÇn mµ ®· ®¶o nhiÒu lÇn.
Nh÷ng dÞ thðêng tõ
Ngðêi ta nhËn thÊy cã nh÷ng vïng mµ t¹i ®ã tõ trðêng Tr¸i §Êt hay nh÷ng thµnh phÇn cña tõ trðêng Tr¸i §Êt lín h¬n hay nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi gi¸ trÞ b×nh thðêng. HiÖn tðîng ®ã ®ðîc gäi lµ nh÷ng dÞ thðêng tõ. Trªn Tr¸i §Êt cã t¸m vïng dÞ thðêng tõ, vïng dÞ thðêng lín nhÊt lµ ë b¾c Xi−bia (Nga).
Nh÷ng vïng dÞ thðêng trªn cã quy m« lôc ®Þa. Ngoµi ra cßn cã nh÷ng vïng dÞ thðêng nhá cã diÖn tÝch chõng vµi tr¨m kil«mÐt vu«ng, thËm chÝ chØ vµi kil«mÐt vu«ng. ë mét sè vïng dÞ thðêng lo¹i nµy, ngðêi ta ®· t×m thÊy quÆng cã thÓ khai th¸c ®ðîc.
ë ViÖt Nam ®· ph¸t hiÖn dÞ thðêng lo¹i nµy t¹i mét sè n¬i nhð Th¹ch Khª (Hµ TÜnh), Nµ Dôa (Cao B»ng), Tßng B¸ (Hµ Giang),...
Khoan th¨m dß ®· x¸c nhËn r»ng ë ®é s©u chõng 100 m t¹i Th¹ch Khª, Nµ Dôa cã quÆng s¾t.
c©u hái
chØ kÐo dµi chõng vµi ba gi©y. Ngðîc l¹i, nh÷ng c¬n b·o tõ m¹nh kÐo dµi ®Õn hµng chôc giê, thËm chÝ vµi ngµy.
Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c c¬n b·o tõ rÊt kh¸c nhau, kh«ng theo quy luËt nµo. Cã n¨m chØ cã vµi c¬n b·o tõ, nhðng cã n¨m cã ®Õn ba bèn chôc c¬n.
B·o tõ m¹nh thðêng chØ xuÊt hiÖn trong thêi gian ho¹t ®éng m¹nh cña MÆt Trêi. Nh÷ng c¬n b·o tõ m¹nh ®«i khi cã ¶nh hðëng rÊt ®¸ng kÓ ®Õn viÖc liªn l¹c v« tuyÕn trªn hµnh tinh.
HiÖn nay nguyªn nh©n g©y ra tõ trðêng cña Tr¸i §Êt vÉn chða ®ðîc râ rµng. Cã rÊt nhiÒu gi¶ thiÕt ®ðîc ®ða ra nhðng chða cã gi¶ thiÕt nµo tá ra cã c¬ së khoa häc ®¸ng tin cËy. MÆc dï vËy, hÇu nhð tÊt c¶ c¸c gi¶ thiÕt ®Òu cho r»ng nguyªn nh©n g©y ra tõ trðêng Tr¸i §Êt lµ ë trong lßng Tr¸i §Êt.
1.§é tõ thiªn lµ g× ?
2.§é tõ khuynh lµ g× ?
3.B·o tõ lµ g× ? B·o tõ cã ¶nh hðëng ®Õn c¸c ho¹t ®éng cña con ngðêi kh«ng ?
bµi tËp
1.Chän nh÷ng thuËt ng÷ thÝch hîp trong bµi häc ®iÒn vµo chç trèng trong c¸c c©u sau ®Ó ®ðîc ph¸t biÓu ®óng.
A.Gãc hîp bëi kim la bµn tõ thiªn vµ kinh tuyÕn ®Þa lÝ gäi lµ ....
B.Gãc hîp bëi kim la bµn tõ khuynh vµ mÆt ph¼ng n»m ngang gäi lµ ...
C.Ngðêi ta quy ðíc ... øng víi trðêng hîp cùc B¾c cña kim la bµn tõ thiªn lÖch vÒ phÝa §«ng (so víi kinh tuyÕn ®Þa lÝ).
D.Ngðêi ta quy ðíc ... øng víi trðêng hîp cùc B¾c cña kim la bµn tõ khuynh n»m ë phÝa trªn mÆt ph¼ng n»m ngang.
Em cã biÕt ?
Tõ trðêng cña Tr¸i §Êt cã ¶nh hðëng ®Õn ®êi sèng cña con ngðêi vµ c¸c sinh vËt kh¸c hay kh«ng ?
Ngðêi ta cho r»ng tõ trðêng cña Tr¸i §Êt t¸c ®éng trùc tiÕp lªn vá ®¹i n·o cña ngðêi. Tuy nhiªn, cho ®Õn nay gi¶ thiÕt ®ã vÉn chða ®ðîc khoa häc chøng minh.
§èi víi ®éng vËt, cã thÓ kÓ ra vµi hiÖn tðîng l¹ sau ®©y mµ ngðêi ta cho r»ng, chóng cã liªn quan ®Õn tõ trðêng cña Tr¸i §Êt.
C¸ håi ®ðîc sinh ra ë vïng nðíc ngät. Ýt l©u sau, ®oµn c¸ håi con ®æ ra biÓn vµ b¬i ®i rÊt xa ®Ó kiÕm ¨n. Sau thêi gian dµi sinh sèng vµ trðëng thµnh gi÷a biÓn kh¬i, chóng l¹i quay trë vÒ nhð ®Ó th¨m l¹i ng«i nhµ cña chóng. Chóng ®Õn ®óng cöa s«ng mµ chóng ®· ra ®i, vµ b¬i ngðîc dßng s«ng vÒ ®óng n¬i mµ chóng ®· sinh ra vµ lín lªn håi th¬ Êu. Hµnh tr×nh dµi hµng ngh×n kil«mÐt, nhðng chóng vÉn kh«ng hÒ bÞ l¹c ®ðêng.
VÒ loµi chim cã thÓ kÓ ®Õn con nh¹n biÓn (chim di tró). Suèt mïa hÌ b¾c b¸n cÇu chóng sèng trªn c¸c ®¶o ë B¾c B¨ng Dð¬ng gÇn B¾c cùc. Mïa ®«ng ®Õn, chóng ®i tr¸nh rÐt. Nhðng chóng kh«ng ®Õn vïng xÝch ®¹o mµ bay ®Õn tËn c¸c ®¶o ë Nam B¨ng Dð¬ng gÇn Nam cùc.
Mïa ®«ng nam b¸n cÇu ®Õn, chóng l¹i quay trë vÒ B¾c cùc. Bay tõ ®Þa cùc nµy ®Õn ®Þa cùc kia, chóng còng kh«ng bao giê bÞ l¹c ®ðêng.
Ngðêi ta nghÜ r»ng h×nh nhð c¬ thÓ cña c¸ håi vµ chim di tró cã nh÷ng bé phËn gióp chóng ®Þnh hðíng trong tõ trðêng cña Tr¸i §Êt.
Tuy nhiªn, cho ®Õn nay vÉn chða ®ñ c¬ së khoa häc chøng minh cho gi¶ thiÕt ®ã.
36 bµi tËp vÒ lùc tõ
1. Mét ®o¹n d©y ®ång CD dµi 20 cm, khèi lðîng 10 g ®ðîc treo ë hai ®Çu b»ng hai sîi d©y mÒm c¸ch ®iÖn sao cho ®o¹n d©y CD n»m ngang. §ða ®o¹n d©y ®ång vµo trong tõ trðêng ®Òu cã c¶m øng tõ B = 0,2 T vµ c¸c ®ðêng søc tõ lµ nh÷ng ®ðêng th¼ng ®øng. D©y treo cã thÓ chÞu ®ðîc lùc kÐo lín nhÊt Fk = 0,06 N. Hái cã thÓ cho dßng ®iÖn qua d©y ®ång CD cã cðêng ®é lín nhÊt b»ng bao nhiªu ®Ó d©y treo kh«ng bÞ ®øt ? Coi khèi lðîng cña hai sîi d©y treo rÊt nhá. LÊy g = 10 m/s2.
Bµi gi¶i
V× vect¬ c¶m øng tõ cã phð¬ng th¼ng ®øng nªn khi cho dßng ®iÖn qua d©y CD th× lùc tõ t¸c dông lªn CD cã phð¬ng n»m ngang. V× lùc tõ cã phð¬ng n»m ngang nªn ®o¹n d©y CD sÏ lÖch ra khái vÞ trÝ ban ®Çu. Gi¶ sö khi
c©n b»ng CD n»m ë vÞ trÝ nhð H×nh 36.1.
§é lín cña lùc tõ t¸c dông lªn CD b»ng :
F = IBl
H×nh 36.1 |
Gäi träng lðîng cña d©y CD lµ P vµ lùc c¨ng cña mçi d©y |
|
|
lµ T. Khi CD n»m c©n b»ng ta cã thÓ viÕt : |
|
F2 + P2 = (2T)2 |
|
T ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn T ≤ Fk nªn cã thÓ viÕt : |
|
I2B2l2 + P2 ≤ 4F2 |
|
|
|
k |
|
Tõ c«ng thøc võa viÕt ta rót ra : |
|
I2 ≤ |
4F2 − P2 |
|
k |
|
|
B2l2 |
|
|
Thay sè vµo c«ng thøc trªn ta t×m ®ðîc :
I2 ≤ |
4.0, 062 −0,12 |
= 2,75 |
|
0, 22.0, 22 |
|
|
VËy : |
≈ 1,66 A |
|
I ≤ 2, 75 |
2. Cho mét khung d©y cã d¹ng h×nh tam gi¸c ®Òu ABC (H×nh 36.2). Khung d©y ®ðîc ®Æt trong tõ trðêng ®Òu
sao cho c¸c ®ðêng søc tõ song song víi mÆt ph¼ng
khung d©y vµ vu«ng gãc víi c¹nh BC cña khung. Cho biÕt c¹nh cña khung d©y b»ng a vµ dßng ®iÖn trong
khung cã cðêng ®é I. H·y chØ ra c¸c lùc tõ t¸c dông lªn c¸c c¹nh cña khung vµ thµnh lËp c«ng thøc momen
ngÉu lùc tõ t¸c dông lªn khung.
H×nh 36.2
Bµi gi¶i
Trðíc hÕt ta cã nhËn xÐt r»ng gãc hîp bëi ®o¹n dßng ®iÖn AB vµ vect¬ B b»ng 150o, hîp bëi ®o¹n dßng ®iÖn CA vµ B b»ng 30o, hîp bëi ®o¹n dßng ®iÖn BC vµ B b»ng 90o.
Tõ c«ng thøc (28.2) ta suy ra :
FAB = IBa sin150o = 12 IBa
F = IBa sin 30o |
= |
1 |
IBa |
|
|
|
CA |
2 |
H×nh 36.3 |
|
|
F |
= IBasin90o = IBa |
|
|
|
BC |
|
|
|
|
|
|
|
|
ChiÒu cña c¸c lùc FAB , |
|
FCA |
vµ |
FBC |
®ðîc chØ râ trªn |
H×nh 36.3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gäi F |
lµ tæng hîp lùc cña F |
|
vµ |
F |
th× |
N |
|
|
1 |
AB |
|
1 |
|
CA |
|
|
|
F = |
IBa + |
IBa = IBa |
|
|
|
|
|
|
N |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FN ®Æt t¹i trung ®iÓm N cña AH vµ cã chiÒu nhð trªn H×nh 36.3.
FN vµ FBC t¹o thµnh ngÉu lùc t¸c dông lªn khung. Momen cña
ngÉu lùc ®ã lµ :
M = FN . NH
NH = 12 AH = a 43
VËy :
M = IBa. a43 = IB 43 a2
175
eBv
= mv2
R
Trðíc khi t¨ng tèc, tèc ®é cña ªlectron rÊt nhá, cã thÓ bá qua, do ®ã :
|
mv2 |
= eU |
|
2 |
|
|
|
|
|
v = |
|
2 eU |
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
m |
Thay (2) vµo (1) ta ®ðîc :
R
= 1 2mU
B e
Thay sè :
m = 9,11.10−31 kg ; e = 1,6.10−19 C ; U = 220 V ; B = 0,005 T
Cuèi cïng ta cã :
|
R = |
1 |
|
2.9,11.10−31.220 |
= 0,01 m. |
|
0,005 |
1,6.10−19 |
|
|
|
Bµi §äc thªm
tõ trðêng vµ m¸y gia tèc
§Ó t×m hiÓu cÊu tróc cña vËt chÊt cÇn ph¶i cã nh÷ng h¹t cã vËn tèc lín. Muèn vËy ngðêi ta nghÜ ®Õn phð¬ng ph¸p dïng ®iÖn trðêng ®Ó truyÒn n¨ng lðîng cho h¹t mang ®iÖn. M¸y ph¸t tÜnh ®iÖn Van-®¬-Grap cã thÓ t¹o ra hiÖu ®iÖn thÕ ®Õn hµng triÖu v«n ®Ó t¨ng tèc h¹t mang ®iÖn.
Lau-r©n-x¬ (Ernest Orlando Lawrence, 1901 − 1958, nhµ vËt lÝ ngðêi MÜ, gi¶i Noben n¨m 1939)
®ða ra ý tðëng chÕ t¹o mét m¸y gia tèc trong ®ã h¹t mang ®iÖn ®ðîc t¨ng tèc nhê sù phèi hîp cña ®iÖn trðêng vµ tõ trðêng. M¸y gia tèc chÕ t¹o theo ý tðëng cña Lau-r©n-x¬ gäi lµ xicl«tr«n (xem ¶nh ë ®Çu chð¬ng). ChiÕc xicl«tr«n ®ðîc ®ða ra thö nghiÖm lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1931. Thùc tÕ chøng tá r»ng xicl«tr«n lµ m¸y gia tèc rÊt h÷u Ých.
H×nh 36.6. Nguyªn t¾c cÊu t¹o cña xicl«tr«n. §ðêng chÊm chÊm m« t¶ quü ®¹o mét h¹t mang ®iÖn trong xicl«tr«n ®ã.
Xicl«tr«n gåm cã hai hép rçng h×nh ch÷ D lµm b»ng ®ång ghÐp víi nhau thµnh mét h×nh trßn ®Æt trong ch©n kh«ng (H×nh 36.6). Hai c¹nh th¼ng cña hép ch÷ D kh«ng ®Æt s¸t nhau mµ c¸ch nhau mét kho¶ng hÑp. Hai hép D1, D2 ®ðîc nèi víi hai cùc cña mét nguån ®iÖn − cã chiÒu thay ®æi mét c¸ch tuÇn hoµn theo thêi gian. V× vËy, trong kho¶ng hÑp gi÷a hai c¹nh th¼ng cña hép ch÷ D cã mét ®iÖn trðêng cã chiÒu thay ®æi tuÇn hoµn. Hép
®Æt trong tõ trðêng ®Òu cña mét nam ch©m ®iÖn, vect¬ c¶m øng tõ vu«ng gãc víi mÆt hép.
Gi¶ sö lóc ®Çu cã mét h¹t tÝch ®iÖn dð¬ng xuÊt ph¸t tõ ®iÓm P rÊt gÇn t©m xicl«tr«n vµ ®i vµo hép D2 ë bªn ph¶i. Ngðêi ta ®iÒu chØnh nguån ®iÖn ®Ó cho lóc Êy hép D2 bªn ph¶i tÝch ®iÖn ©m, hép D1 bªn tr¸i tÝch ®iÖn dð¬ng.
Vect¬ c¶m øng tõ cã chiÒu nhð trªn h×nh vÏ nªn lùc Lo-ren-x¬ lµm cho h¹t chuyÓn ®éng theo nöa ®ðêng trßn trong D2. Khi h¹t võa ®Õn c¹nh th¼ng cña D2 th× nguån ®iÖn ®æi chiÒu lµm cho hép bªn ph¶i tÝch ®iÖn dð¬ng, hép bªn tr¸i tÝch ®iÖn ©m. V× vËy, khi h¹t ®i vµo kho¶ng hÑp gi÷a hai c¹nh th¼ng th× ®iÖn trðêng t¨ng tèc cho h¹t. B©y giê h¹t l¹i chuyÓn ®éng trong hép D1 bªn tr¸i. ë ®ã lùc Lo-ren-x¬ còng lµm cho h¹t chuyÓn ®éng trªn nöa ®ðêng trßn. Nhðng b¸n kÝnh cña nöa ®ðêng trßn quü ®¹o nµy lín h¬n b¸n kÝnh nöa ®ðêng trßn quü ®¹o ë trong D2. Ta ®· biÕt, vËn tèc cña h¹t lín th× b¸n kÝnh cña ®ðêng trßn quü ®¹o còng lín (bµi tËp 3, bµi 36). Tuy nhiªn thêi gian chuyÓn ®éng trªn c¸c nöa ®ðêng trßn quü ®¹o th× l¹i kh«ng phô thuéc vµo b¸n kÝnh. V× vËy ngðêi ta ®iÒu chØnh sao cho chu k× thay ®æi cùc cña nguån ®iÖn b»ng hai lÇn thêi gian h¹t chuyÓn ®éng trªn mçi nöa ®ðêng trßn. KÕt qu¶ lµ quü ®¹o cña h¹t trong hai hép D cã b¸n kÝnh t¨ng dÇn, nhðng cø mçi khi h¹t b¾t ®Çu ®i vµo trong kho¶ng hÑp cã ®iÖn trðêng th× ®iÖn trðêng ®æi chiÒu, lµm cho h¹t lu«n lu«n ®ðîc t¨ng tèc. V× h¹t ®ðîc t¨ng tèc nhiÒu lÇn nªn cuèi cïng nã thu ®ðîc vËn tèc lín.
Tuy nhiªn, khi vËn tèc cña h¹t rÊt lín, do hiÖu øng tð¬ng ®èi tÝnh (sÏ häc ë líp 12) nªn khèi lðîng cña h¹t thay ®æi. Khi ®ã chu k× quay cña h¹t kh«ng cïng pha víi hiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n÷a. Do ®ã, xicl«tr«n chØ cã t¸c dông t¨ng tèc cho h¹t ®Õn mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh.
Muèn thu ®ðîc nh÷ng h¹t cã vËn tèc lín h¬n, ngðêi ta chÕ t¹o c¸c m¸y gia tèc mµ chu k× cña hiÖu ®iÖn thÕ cïng pha víi chu k× quay cña h¹t. B»ng c¸ch ®ã, ngðêi ta thu ®ðîc nh÷ng h¹t cã vËn tèc lín gÊp nhiÒu lÇn so víi vËn tèc cña h¹t ®ðîc t¨ng tèc b»ng m¸y xicl«tr«n.
H×nh 37.1 Nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña la bµn tang.
179
Thùc hµnh :
37 X¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ trðêng Tr¸i §Êt
1.Môc ®Ých
•T×m hiÓu cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña la bµn tang (®iÖn kÕ tang).
•Dïng la bµn tang vµ m¸y ®o ®iÖn ®a n¨ng hiÖn sè ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ trðêng Tr¸i §Êt.
2.C¬ së lÝ thuyÕt
•NÕu ®Æt mét kim nam ch©m trong lßng mét cuén d©y cã dßng ®iÖn th× kim nam ch©m sÏ chÞu t¸c dông ®ång thêi cña tõ trðêng Tr¸i §Êt vµ tõ trðêng cuén d©y.
•Kim nam ch©m sÏ bÞ ®Þnh hðíng theo phð¬ng vµ chiÒu tõ trðêng tæng hîp cña tõ trðêng Tr¸i §Êt vµ tõ trðêng cuén d©y.
•§Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ trðêng Tr¸i §Êt, ta cã thÓ dïng la bµn tang cã nguyªn t¾c cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng
nhð H×nh 37.1, trong ®ã :
−1 : I vµ I 
: Cuén d©y cã dßng ®iÖn I víi chiÒu nhð kÝ hiÖu trªn h×nh vÏ.
− 2 : Kim nam ch©m.
− 3 : Thðíc ®o gãc.
− 4 : Kim chØ thÞ (g¾n vu«ng gãc víi kim nam ch©m).
− BT : Tõ trðêng Tr¸i §Êt (thµnh phÇn n»m ngang).
− BC : Tõ trðêng cuén d©y.
Khi ®Æt mÆt ph¼ng cuén d©y trïng víi mÆt ph¼ng kinh tuyÕn tõ, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®ðîc BT theo c«ng thøc :
|
BT = |
BC |
= 4π.10−7 |
NI |
, trong ®ã : |
|
tan β |
d tan β |
|
|
|
|
N lµ sè vßng d©y cña cuén d©y dÉn, I lµ cðêng ®é dßng ®iÖn qua cuén d©y, d lµ ®ðêng kÝnh cuén d©y, β lµ gãc quay cña kim nam ch©m so víi vÞ trÝ ban ®Çu chða cã dßng ®iÖn qua cuén d©y.
