LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
I. Lực từ
Để dễ dàng khảo sát và đo đạc lực từ, trước hết ta khảo sát trong một từ trường đều.
1. 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 được tạo thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.
2. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có phương vuông góc với các đường sức từ và vuông góc với đoạn dây dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
II. Cảm ứng từ
1. Khái niệm
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 điện 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 = \[\dfrac{F}{Il}\]
2. Đơn vị cảm ứng từ
Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ B là tesla [T]. Trong công thức [20.2], F đo bằng niutơn [N], I đo bằng ampe [A] và l đo bằng mét [m].
3. Vectơ cảm ứng từ
Người ta biểu diễn cảm ứng từ bằng một vectơ gọi là vectơ cảm ứng từ, ký hiệu là \[\overrightarrow{B}\]
Vectơ cảm ứng từ \[\overrightarrow{B}\] tại một điểm:
-Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó;
-Có độ lớn bằng: B = \[\frac{F}{Il}\]
4. Biểu thức tổng quát của lực từ
Lực từ \[\overrightarrow F \] tác dụng lên đoạn dây dẫn l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là \[\overrightarrow B \]
+ Có điểm đặt tại trung điểm của l .
+ Có phương vuông góc với \[\overrightarrow l \] và \[\overrightarrow B \]
+ Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái
+ Có độ lớn là \[F = BIl\sin \alpha \] với \[\alpha = \left[ {\overrightarrow B ,\overrightarrow l } \right]\]
5. Chú ý
Tương tự điện trường từ trường cũng tuân theo nguyên lí chồng chất từ trường:
Giả sử hệ có n nam châm [hay dòng điện]. Tại điểm M, từ trường chỉ của nam châm thứ nhất là \[\overrightarrow{B_{1}}\], từ trường chỉ của nam châm thứ hai là \[\overrightarrow{B_{2}}\],…từ trường chỉ của nam châm thứ n là \[\overrightarrow{B_{n}}\]. Gọi \[\overrightarrow{B}\] là từ trường của hệ tại M thì:
\[\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_{1}}+\overrightarrow{B_{2}}+...+\overrightarrow{B_{n}}\].
Sơ đồ tư duy về Lực từ - Cảm ứng từ
A.LÍ THUYẾT
I.Lực từ
1 .Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường
– Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây dẫn mang dòng điện
– Phương :Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và cảm ứng từ tại điểm khảo sát.
– Chiều lực từ: Qui tắc bàn tay trái:
Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay và chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dòng điện. Khi đó ngón tay cái choãi ra 900 sẽ chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn.
– Độ lớn : Công thức định luật Ampe
F = B.I.l sinα
Trong đó:
F: độ lớn của lực từ tác dụng lên dòng điện có độ dài l [ N ].
I: cường độ dòng điện qua l đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó [A]
B: độ lớn của cảm ứng từ của từ trường tại điểm khảo sát [T ].
α: là góc hợp bởi giữa dây dẫn và đường sức
2. Lực tương tác giữa hai dây dẫn đặt song song
+ Phương: Nằm trên mặt phẳng của dây dẫn và vuông góc với dây dẫn
+ Chiều:
– Nếu hai dòng điện cùng chiều: thì hút nhau
– Nếu hai dòng điện ngược chiều: thì đẩy nhau
+ Độ lớn: Lực tác dụng lên một đoạn có chiều dài l: F12 = F21 =
Lên 1m chiều dài là : F =
Trong đó I1, I2 là cường độ dòng điện [A]; r là khỏang cách hai dây dẫn m
II.Cảm ứng từ
– Định nghĩa: Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho mật độ mạnh yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện 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
Công thức:
Trong đó:
F: độ lớn của lực từ tác dụng lên dòng điện có độ dài l [ N ].
I: cường độ dòng điện qua l đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó[A].
B: độ lớn của cảm ứng từ của từ trường tại điểm khảo sát [T ].
– Phương : Trùng với trục của nam châm thử tại điểm đó
– Chiều: Được quy ước là chiều vào Nam ra Bắc của nam châm thử tại điểm đó
B.BÀI TẬP
DẠNG 1: LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN MỘT ĐOẠN DÂY DẪN VÀ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG
Bài tập về cân bằng của một thanh được treo nằm ngang bởi hai dây treo trong từ trường?
I.Phương pháp
1. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn
+ Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây dẫn mang dòng điện
+ Phương :Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và cảm ứng từ tại điểm khảo sát.
+ Chiều lực từ: Qui tắc bàn tay trái:
+ Độ lớn : Công thức định luật Ampe
F = B.I.l sinα
Trong trường hợp dây dẫn vuông góc với các đường sức: F = B.I.l
2. Điều kiện cân bằng
Fhl = 0
¨ Chú ý:
Có hai trường hợp
+TH1: B ^ mp treo đoạn dây dẫn: lực từ thẳng đứng => Khi cân bằng các dây treo vẫn thẳng đứng
+TH2: B// mp treo doạn dây dẫn: Lực từ nằm ngang=> Khi cân bằng dây treo bị nghiêng đi[Vẽ lại hình]
Trường hợp 1 Trường hợp 2
Xem lại bài toán điều kiện dây trùng, dây đứt
DẠNG 2: LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA 2 HAY NHIỀU DÂY DẪN ĐẶT SONG SONG
I. Phương pháp
Bước1: Xác định lực từ tác dụng lên từng đoạn dây .
+ Độ lớn: Lực tác dụng lên một đoạn có chiều dài l: F12 = F21 =
Lên 1m chiều dài là : F =
+ Phương: Nằm trên mặt phẳng vuông góc với dây dẫn
+ Chiều:
– Nếu hai dòng điện cùng chiều: thì hút nhau
– Nếu hai dòng điện ngược chiều: thì đẩy nhau
Bước 2: Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có :
¨Chú ý: nếu trước đó có câu tính B sau đó tìm F thì nên áp dụng công thức F = B.I.l
Với giải Bài 4 trang 128 sgk Vật Lí lớp 11 được biên soạn lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập môn Vật Lí 11. Mời các bạn đón xem:
Giải Vật lí 11 Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ
Video Giải Bài 4 trang 128 SGK Vật Lí 11
Bài 4 trang 128 SGK Vật Lí 11: Phát biểu nào dưới đây sai?
Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện
A. vuông góc với phần tử dòng điện.
B. cùng hướng với từ trường.
C. tỉ lệ với cường độ dòng điện.
D. tỉ lệ với cảm ứng từ.
Lời giải:
Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ B→
=> câu sai B.
Chọn đáp án B
Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 11 hay, chi tiết khác:
C1 trang 126 Vật Lí lớp 11: Hãy thiết lập hệ thức...
C2 trang 126 Vật Lí lớp 11: Nghiệm lại nhận xét...
Bài 1 trang 128 Vật Lí lớp 11: Phát biểu các định nghĩa từ trường đều...
Bài 3 trang 128 Vật Lí lớp 11: So sánh lực điện và lực từ...
Bài 5 trang 128 Vật Lí lớp 11: Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường...
Bài 6 trang 128 Vật Lí lớp 11: Phần tử dòng điện I...
Bài 7 trang 128 Vật Lí lớp 11: Hướng và độ lớn của cảm ứng từ...