Mối liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

1. Điện trường biến thiên là gì?

Điện trường biến thiên hay còn gọi là điện từ trường là một trong những từ trường của vật lý học phổ biến nhất hiện nay. Điện trường là môi trường điện tạo ra các điện lực bao quanh lấy điện tích. Có thể thấy điện trường được biểu diễn bằng các đường sức điện. 

Điện trường biến thiên là một dạng vật chất đặc trưng cho sự tương tác giữa các hạt mang điện tích. Nói một cách dễ hiểu hơn thì điện trường biến thiên là do các hạt mang điện tích sinh ra. Đây cũng là trường thống nhất của điện trường và từ trường. Khả năng tương tác của từ trường biến thiên được biểu thị thông qua các đại lượng của cường độ điện trường, cảm ứng từ cường, độ từ trường và độ điện giật. Nó được ký hiệu bởi các ký hiệu lần lượt như sau: E, B, H và D.

Ngoài ra chúng ta cũng có thể hiểu rằng nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì chính tại nơi đó sẽ xuất hiện một từ trường.  Và đường sức của từ trường luôn là một vòng tròn khép kín. 

2. Cường độ điện trường là gì?

Để hiểu hơn về điện trường biến thiên, chúng ta cùng tìm hiểu về cường độ điện trường qua những chia sẻ sau đây nhé.

2.1. Khái niệm về cường độ điện trường là gì?

Có thể hiểu rõ hơn về cường độ điện trường thì chúng ta cần điểm qua một ví dụ minh họa như sau. Giả sử tại điểm O có một điện tích Q. Điện tích Q này tạo ra một điện trường bao quanh nó. Như vậy, để có thể nghiên cứu điện trường tại điểm M của Q thì chúng ta cần phải đặt tại đó một điện tích q mới. Điện tích q ở đây chính là điện tích thử và dùng để xét lực điện tác dụng lên q.

Áp dụng định luật Cu – lông, chúng ta có thể thấy nếu như điện tích q càng nằm xa Q thì lực điện sẽ càng nhỏ dần. Tức là nếu các điện trường nằm càng xa điện tích Q thì sẽ càng yếu dần. Như vậy, dựa vào đó chúng ta có thể kết luận được khái niệm đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm nhất định. Và đó cũng chính là khái niệm của cường độ điện trường.

2.2. Định nghĩa về cường độ điện trường:

Về định nghĩa cường độ điện trường thì theo nhiều thực nghiệm đã chứng tỏ được rằng, nếu các điện tích thử q1, q2.. khác nhau tại một điểm thì nó đồng nghĩa với việc: 

F1/q1 = F2/q2

Qua đó, chúng ta có thể thấy độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích q sẽ là +1C, điều này chứng tỏ được đặc trưng của cường độ điện trường tại điểm điện tích mà ta đang xét. 

Tuy nhiên, nếu xét theo công thức thì độ lớn F của lực điện sẽ tỉ lệ với q, tức là thương số giữa F và q ( F/q ) chính là độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1C. Dựa vào thương số này, chúng ta có thể làm số đo của cường độ điện trường và suy ra định nghĩa về nó như sau: 

Cường độ điện trường tại một điểm được xem là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại chính điểm đó. Nó được xác định bằng các thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q ( điện tích thử này mang điện tích dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q. Định nghĩa về cường độ điện trường được biểu thị dưới công thức như sau:

E = F/q

3. Từ trường biến thiên là gì?

Từ trường là một môi trường năng lượng đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động. Ngoài ra cũng có thể do sự biến thiên của điện trường, cũng có thể xuất phát từ nguồn gốc các mômen lưỡng cực ( ví dụ như nam châm) làm cho từ trường xuất hiện. Thông qua hướng và độ lớn của từ trường mà có thể dựa vào toán học để miêu tả cụ thể hơn về từ trường. Thông thường, từ trường sẽ được miêu tả bằng trường vector. Ngoài ra, người ta cũng dựa vào khái niệm của lực Lorentz khi tác dụng lên một điện tích điểm chuyển động để hình thành định nghĩa của từ trường.

Người ta quy ước rằng:

H: Cường độ của từ trường do các dòng điện sinh ra.

B: Từ trường bên trong của vật liệu bị ảnh hưởng của cường độ từ trường H

Từ trường đóng vai trò quan trọng trong đời sống của chúng ta. Từ trường được ứng dụng rất nhiều từ thời cổ đại và cho đến ngày nay vẫn còn nhiều thiết bị nhờ từ trường để duy trì hoạt động. 

4. Một số khái niệm liên quan đến từ trường biến thiên:

Để có thể hiểu rõ hơn về từ trường biến thiên thì đừng bỏ lỡ một số khái niệm liên quan đến vấn đề này nhé.

4.1. Khái niệm về đường sức từ:

Người ta biết đến đường sức từ như là những đường con kín hoặc thẳng. Nó có độ dài vô tận và không cắt nhau ở bất kỳ khoảng nào ở trong không gian từ trường. Đường sức từ đáp ứng điều kiện tiếp tuyến tại mỗi điểm, nó có những hướng trùng với hướng của từ trường đang nằm tại điểm đó.

Để hiểu rõ hơn về đường sức từ thì chúng ta điểm qua một vài ví dụ minh họa như sau. Đối với nam châm thẳng, nếu đường sức từ nằm ở bên ngoài thì nó sẽ là những đường cong đối xứng nhau qua trục. Chiều của những đường sức từ này chính là đi ra từ cực bắc và đi vào từ cực nam.

Nhưng nếu xét đường sức từ trên nam châm chữ U thì đường sức từ lại được biểu diễn ở hình dạng khác. Bên ngoài nam châm chữ U, đường sức từ là những đường cong có hình dạng đối xứng qua trục của thanh nam châm. Chiều chủ yếu của nó chính là đi ra từ cực bắc và đi vào từ cực nam.

4.2. Khái niệm về cảm ứng từ:

Có thể hiểu một cách đơn giản thì hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là một hiện tượng hình thành nên một suất điện động ( điện áp). Suất điện động này xuất hiện trên một vật dẫn khi vật đó được đặt trong một từ trường biến thiên.

4.3. Khái niệm từ trường đều:

Khác với điện trường biến thiên, điện trường đều là một từ trường có đường sức từ song song, thẳng và cách đều nhau. Nhờ đó mà độ lớn của cảm ứng từ trong từ trường dù ở bất cứ điểm nào cũng bằng nhau.

5. Phân biệt giữa điện trường và từ trường:

Điện trường được xem như là một mô hình tưởng tượng trong điện tử học. Nó mô tả một cách chi tiết cho môi trường vật chất. Đặc biệt nhất là bao quanh những điện tích. Điện trường sẽ tác động lên tất cả các hạt mang điện tích ở trong nó, vì vậy mà lực điện xuất hiện.

Khác với điện trường, từ trường là một môi trường vật chất đặc biệt. Từ trường được sinh ra và bao quanh những điện tích chuyển động. Ngoài ra từ trường có thể được tạo nên từ biến thiên các momen lưỡng cực như đã đề cập ở trên.

Qua sự phân biệt giữa điện trường và từ trường, chúng ta thấy được rằng từ trường biến thiên là cơ sở, là nền tảng sinh ra điện trường và ngược lại. Tức là một điện trường biến thiên có khả năng tạo ra một từ trường và ngược lại. Chính vì lý do này mà giữa từ trường biến thiên và điện trường biến thiên có mối quan hệ với nhau. Về mặt bản chất thì điện trường hay từ trường cũng chính là biểu hiện riêng của một trường thống nhất, đó chính là điện từ trường.

6. Mối liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên là gì?

Giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên có mối quan hệ hỗ trợ qua lại lẫn nhau. Cùng điểm qua mối quan hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên được chia sẻ dưới đây để hiểu thêm nhé.

6.1. Mối liên hệ giữa từ trường biến thiên và điện trường xoáy:

Điện trường xoáy tức là những điện trường có đường sức là những đường cong khép kín. Và tại một nơi nào đó nhất định, nếu có một từ trường biến thiên theo thời gian thì đồng nghĩa với việc tại nơi đó xuất hiện một điện trường.

6.2. Mối liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường:

Tại một một điểm nào đó xuất hiện điện trường biến thiên theo thời gian thì nơi đó sẽ sản sinh ra một từ trường khép kín.

Tóm lại giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên là mối quan hệ bổ trợ lẫn nhau, gắn kết và đóng vai trò quan trọng đối với nhau. Nếu không có điện trường biến thiên sẽ không xuất hiện từ trường và ngược lại. 

Chúng ta có thể thấy rõ được mối liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên qua thuyết tương đối hẹp. Chúng ta có thể thấy từ trường và điện trường là hai khía cạnh của một thực thể. Thực thể này được thể hiện bằng tenxơ điện từ. Và nhờ vào tenxơ mà điện trường và từ trường có thể cho vào một hẹ quy chiếu tương đối.