Lý 11 Bài 20: Lực từ và cảm ứng từ

a) Từ trường đều

• Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.

• Từ trường đều có thể tạo ra thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.

b) Lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện

• Trong một từ trường đều có các đường sức từ thẳng đứng (tạo bởi một nam châm hình chữ U), ta đặt một đoạn dây dẫn M₁M₂ = l vuông góc với các đường sức từ. giả sử M₁M₂ được treo nằm ngang nhờ hai dây dẫn mảnh cùng độ dài O₁M₁ = O₂M₂, có hai đầu O₁ và O₂ dược giữ cố định. Dòng điện đi vào O₁ và ra O₂ qua dây dẫn M₁M₂ theo chiều từ M₁ đến M₂.
• Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua M₁M₂ thì xuất hiện lực từ \(\overrightarrow F \)tác dụng lên M₁M₂. Thực nghiệm chứng tỏ rằng: \(\overrightarrow F \)⊥ M₁M₂ và \(\overrightarrow F \) vuông góc với đường sức từ.
• Kết quả \(\overrightarrow F \)$\stackrel{}{}$ có phương nằm ngang và có chiều như hình 20.1.
• Dưới tác dụng của trọng lực mg và lực từ \(\overrightarrow F \)$\stackrel{}{}$, khi cân bằng \(m\overrightarrow g \)+ \(\overrightarrow F \)$\stackrel{}{}$, tổng trực đối với lực căng \(\overrightarrow T \)$\stackrel{}{}$ của hai dây treo. Hai dây O₁M₁ và O₂M₂ lệch góc α so với phương thẳng đứng. Lực \(\overrightarrow F \)$\stackrel{}{}$ có cương độ được xác định bởi công thức: \(\overrightarrow F \)= mgtanα. (20.1)

a) Cảm ứng từ

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng diện đặt vuông góc với  đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện và chiều dài đoạn dây dẫn đó.

\(B = \frac{F}{{I.l}}\)

b) Đơn vị cảm ứng từ

Trong hệ SI đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

\(1T = \frac{{1N}}{{1A.1m}}\)

c) Véc tơ cảm ứng từ

• Véc tơ cảm ứng từ \(\mathop B\limits^ \to  \) tại một điểm:

• Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

• Có độ lớn là: \(B = \frac{F}{{I.l}}\)

b) Biểu thức tổng quát của lực từ

- Lực từ \(\mathop F\limits^ \to  \) tác dụng lên phần tử dòng điện \(I\mathop l\limits^ \to  \) đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là \(\mathop B\limits^ \to  \):

• Có điểm đặt tại trung điểm của l.

• Có phương vuông góc với \(\mathop l\limits^ \to  \) và \(\mathop B\limits^ \to  \).

• Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.

• Có độ lớn: \(F = IlBsin\alpha \)

Phần tử dòng điện \(I\overrightarrow{l}\) nằm trong từ trường đều có các đường sức từ thẳng đứng. Phải đặt \(I\overrightarrow{l}\) như thế nào để cho lực từ nằm ngang?

Hướng dẫn giải

Để lực từ nằm ngang:

\(I\overrightarrow{l}\) đặt theo phương không song song với các đường sức từ.

Phần tử dòng điện \(I\overrightarrow{l}\) được treo nằm ngang trong một từ trường đều. Hướng và độ lớn của cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) phải như thế nào để lực từ cân bằng với trọng lực \(m\overrightarrow{g}\) của phần tử dòng điện?

Hướng dẫn giải

Cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) (Hình 20.3):

Có phương nằm ngang: \((I, \overrightarrow{l}) = \alpha \neq 0\) và 180⁰.

Có chiều sao cho chiều quay từ \(I\overrightarrow{l}\) sang \(\overrightarrow B \) thuận đối với chiều thẳng đứng đi lên;

Có độ lớn thỏa mãn hệ thức: \(IlBsin\alpha = mg\).

Câu 1: Một dòng điện có cường độ 2A nằm vuông góc với các đường sức của một điện trường đều. Cho biết lực từ tác dụng lên 20cm, của đoạn dây ấy là 0,04N. Độ lớn của cảm ứng từ là bao nhiêu?

Câu 2: Một dây dẫn mang dòng điện có cường độ 8A đặt trong một từ trường đều, cảm ứng từ có độ lớn bằng 0,5T. Biết dòng điện hợp với các đường sức của từ trường góc 60o. Độ lớn của lực từ tác dụng lên 20cm chiều dài của dây dẫn là

Câu 3: Một khung dây dẫn phẳng có dạng là một tam giác vuông MNP (vuông tại M); góc MNP bằng 30^o (hình vẽ). Đặt khung dây vào trong từ trường đều. Các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng của khung dây, có chiều đi vào trong mặt phẳng hình vẽ. Dòng điện trong khung đi theo chiều từ M đến N rồi đến P. Biết lực từ tác dụng lên cạnh MN có độ lớn là 0,3N. Lực từ tác dụng lên cạnh NP có độ lớn và có góc hợp với lực từ tác dụng lên cạnh MN lần lượt là bao nhiêu?

Câu 4: Treo một thanh đồng có chiều dài l = 1 m và có khối lượng 200 g vào hai sợi dây thẳng đứng cùng chiều dài trong một từ trường đều có B = 0,2 T và có chiều thẳng đứng từ dưới lên trên. Cho dòng điện một chiều qua thanh đồng thì thấy dây treo bị lệch so với phương thẳng một góc θ = 60^o. Lấy g = 9,8 m/s², lực căng của dây bằng bao nhiêu?

Câu 5: Hai thanh ray X_x và Y_y nằm ngang, song song và cách nhau l = 20 cm đặt trong từ trường đều có véctơ cảm ứng từ thẳng đứng hướng xuống dưới với B = 0,2 T. Một thanh kim loại đặt trên ray vuông góc với ray. Nối ray với nguồn điện để trong thanh có dòng điện chạy qua. Biết khối lượng của thanh kim loại là 200g. Biết thanh MN trượt sang trái với gia tốc a = 2 m/s². Độ lớn của cường độ dòng điện trong thanh MN là bao nhiêu?

Câu 1: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 5 cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với véctơ cảm ứng từ. Dòng điện qua dây có có cường độ 0,75 A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10^-3 N. Xác định cảm ứng từ của từ trường?

A. 0,08 T.

B. 0,06 T.

C. 0,05 T.

D. 0,1 T.

Câu 2: Một dây dẫn mang dòng điện có cường độ 6A nằm vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Cảm ứng từ có độ lớn bằng 0,02T. Lực từ tác dụng lên 30cm chiều dài của dây dẫn có độ lớn bằng

A. 0,36mN

B. 0,36N

C. 36N

D. 36mN

Câu 3: Đặt hai phần tử dòng điện có cùng chiều dài, vuông góc với các đường sức từ của một điện trường đều, biết cường độ dòng điện trong phần tử thứ nhất lớn gấp hai lần cường độ dòng điện trong phần tử thứ 2. Tỉ số giữa độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện thứ nhất so với độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện thứ hai là

A. 1:2

B. 1:4

C. 2:1

D. 4:1

Câu 4: Điều nào sau đây là không đúng? Cảm ứng từ tại mỗi điểm trong từ trường

A. Tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó

B. Cùng hướng với hướng của từ trường tại điểm đó

C. Đặc trưng cho khả năng tác dụng lực từ tại điểm đó là mạnh hay yếu

D. Có phương vuông góc với trục của kim nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó

Câu 5: Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường

A. Cùng hướng với hướng của từ trường tại điểm đó

B. Cùng hướng với lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện đặt tại điểm đó

C. Có độ lớn tỉ lệ nghịch với độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện đặt tạo điểm đó.

D. Có độ lớn tỉ lệ với cường độ của phần tử dòng điện đặt tại điểm đó

Qua bài giảng Lực từ và cảm ứng từ này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được định nghĩa véc tơ cảm ứng từ, đơn vị của cảm ứng từ.

• Mô tả được một thí nghiệm xác định véc tơ cảm ứng từ.

• Phát biểu được định nghĩa phần tử dòng điện.

• Nắm được quy tắc xác định lực tác dụng lên phần tử dòng điện.