_{BÀI 2. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG TỪ}

Mở đầu: Ta đã biết, đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường là cường độ điện trường. Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường?

Giải nhanh:

Cường độ điện trường tại một điểm đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường

+ Có phương trùng với phương của kim nam châm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm;

+ Có độ lớn là:  

I. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

Câu 1: Mô tả chiều của lực điện tác dụng lên điện tích trong điện trường

Giải nhanh:

Chiều của lực điện tác dụng lên điện tích dương khi đặt trong từ trường được mô tả theo hình vẽ:

Lực từ tác dụng lên điện tích âm sẽ ngược chiều so với lực tác dụng lên điện tích dương tương ứng ở cùng vị trí trong điện trường.

Câu 2: Làm thế nào để xác định hướng của lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dòng điện?

Giải nhanh:

Khi đặt một đoạn dây dẫn mang dòng điện trong từ trường, nó chịu tác dụng của lực từ, để xác định hướng của lực từ, ta có thể tiến hành thí nghiệm sau:

Dụng cụ

- Khung dây dẫn (1).

- Nam châm (2)

- Lò xo (3).

- Giá treo (4).

- Dây dẫn được nói đến nguồn điện (5).

+ Thiết kế phương án thí nghiệm để tìm phương của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện bằng các dụng cụ này

Tiến hành

- Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.1. 

Kết quả

- Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. 

Câu 3: Trường hợp nào trong Hình 2.4 có lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện? Tìm phương và chiều của lực từ trong trường hợp đó.

Hình 2.4:

Giải nhanh:

Hình a: Không xuất hiện lực từ vì dòng điện và đường sức từ cùng chiều.

Dùng quy tắc bàn tay trái ta có thể xác định được chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn trong trường hợp b) và c) như sau:

Câu 4: Dùng quy tắc bàn tay trái nghiệm lại chiều của lực từ giữa 2 dòng điện thẳng như Hình 2.5.

Giải nhanh:

Hình a: dòng điện I1 gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I2 có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F12 có phương nằm ngang, hướng sang phải. Dòng điện I2 gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I1 có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F21 có phương nằm ngang, chiều hướng sang trái.

Hình b: dòng điện I1 gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I2 có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F12 có phương nằm ngang, hướng sang trái. Dòng điện I2 gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I1 có phương thẳng đứng, chiều hướng lên, do đó lực từ F21 có phương nằm ngang, chiều hướng sang phải.

II. CẢM ỨNG TỪ

Câu 5: Trong sơ đồ thí nghiệm ở Hình 2.6, dòng điện đi qua đoạn dây dẫn nằm trong từ trường có thể từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái.

Dòng điện đi theo chiều nào thì số chỉ của cân tăng lên so với khi chưa có dòng điện trong khung dây? 

Giải nhanh:

Lực mà nam châm tác dụng lên dây dẫn phải có chiều đi lên, khi đó áp dụng quy tắc bàn tay trái từ chiều cảm ứng từ của nam châm là hướng từ ngoài vào và chiều của lực từ là hướng từ dưới lên ta xác định được chiều của dòng điện là từ trái qua phải.

Câu 6: Tại sao thông qua số chỉ của cân có thể biết độ lớn của lực từ?

Giải nhanh:

Khi lực từ của dây dẫn mang điện tác dụng lên thanh nam châm, nó sẽ làm cho thanh nam châm bị kéo thẳng đứng xuống dưới hoặc bị đẩy lên trên và làm cho chỉ số của cân bị thay đổi, từ đó ta có thể xác định được lực từ tác dụng tương ứng theo số chỉ thay đổi của cân.

Luyện tập : Một dây dẫn dài 50 cm mang dòng điện được đặt vuông góc với một từ trường có B = 5mT

a) Nếu trong mỗi giây có 10¹⁸ electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn thì cường độ dòng điện là bao nhiêu? (e = 1,6.10^-19  C)

b) Tính độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn.

Giải nhanh:

a) q = n.-e = -10¹⁸.1,6.10^-19  C = -0,16 C mà dòng điện là dòng không đổi, do đó: I= |q|/t = 0,16/1 = 0,16 A.

Do đó cường độ dòng điện của dây dẫn là I = 0,16 A.

b)  Để tính độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn ta dùng công thức:

Do dòng điện được đặt vuông góc với cảm ứng từ B, do đó =90^o, ta có:

F = 5.10^-3.0,16.0,5 =4.10^-4 N

Vậy lực từ tác dụng lên dây dẫn có độ lớn: F = 4.10^-4 N.

Vận dụng: Thảo luận để xuất phương án với các dụng cụ thực hành ở trường của bạn và thực hiện phương án thí nghiệm để đo cảm ứng từ của dòng điện.

Giải nhanh:

Dụng cụ

- Đoạn dây dẫn (1); Nam châm (2); Cân (3).

Phương án thí nghiệm

– Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho.

- Thiết kế phương án thí nghiệm đo độ lớn cảm ứng từ bằng các dụng cụ này.

Tiến hành

1) Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.6.

Kết quả

Lấy g = 9,80 m/s²

– Tính độ lớn của cảm ứng từ.

- Tính sai số.

- Viết kết quả.

B=B+B’ Bảng 2.2 là kết quả thu được trong một lần thí nghiệm với các dụng cụ Hình 2.6.

 Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm (l = 10 cm).