BÀI 14. TỪ TRƯỜNG

KHỞI ĐỘNG

Ta đã biết nam châm và dòng điện đều tác dụng lực lên kim nam châm. Vậy xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường không? Tính chất cơ bản của từ trường là gì? Từ trường được biểu diễn như thế nào?

Giải nhanh:

Xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường. 

Tính chất cơ bản của từ trường: gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó.

- Chiều của từ trường do dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải.

Từ trường được biểu diễn bằng đường sức từ và mật độ đường sức từ.

I. TƯƠNG TÁC TỪ

Hoạt động 1: Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau (Hình 14.1) thì chúng đẩy nhau hay hút nhau?

Giải nhanh:

Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau, chúng sẽ đẩy nhau nếu là hai cực cùng tên và hút nhau nếu là hai cực khác tên.

Hình 14.1 b, hai cực cùng tên nên nó sẽ đẩy nhau

Hình 14.1 c, hai cực khác tên nên chúng sẽ hút nhau

Hoạt động 2: Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm lệch một góc so với phương ban đầu (Hình14.2). Dự đoán điều gì xảy ra nếu ta đổi chiều dòng điện qua dây dẫn. Trong thí nghiệm này, kim nam châm có tác dụng lực lên dòng điện không?

Giải nhanh:

Dự đoán: nếu đổi chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, kim nam châm sẽ lệch về phía ngược lại.

Trong thí nghiệm này, kim nam châm không tác dụng lực lên dòng điện.

Hoạt động 3: Khi cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng, nhẹ như ở Hình 14.3, ta thấy hai tâm kim loại đẩy nhau. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra nếu dòng điện qua hai tấm kim loại cùng chiều.

Giải nhanh:

Hai tấm kim loại sẽ hút nhau

II. TỪ TRƯỜNG

Hoạt động: Hãy mô tả một thí nghiệm khảo sát lực từ do nam châm tác dụng lên dòng điện.

Giải nhanh:

Chuẩn bị:

- 1 nguồn điện

- 1 ampe kế

- Dây dẫn điện

- Giá đỡ

- Thước kẻ

- 1 nam châm 

- 1 khoá K

Tiến hành:

- Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ:

- Đóng khoá K để cho dòng diện chạy qua dây dẫn.

- Đưa nam châm lại gần dây dẫn. Quan sát hiện tượng.

- Thay đổi chiều của dòng điện bằng cách đổi cực của nguồn điện. Quan sát hiện tượng xảy ra.

- Thay đổi vị trí của nam châm ( cực bắc, cực nam) so với dây dẫn. Quan sát hiện tượng.

- Ghi lại số liệu đo được

- Xử lí số liệu và vẽ đồ thị, tính toán kết quả

III. ĐƯỜNG SỨC TỪ 

Hoạt động 1: Thí nghiệm 1

Chuẩn bị:

- Hộp nhựa có một mặt trong suốt , bên trong chứa dầu và mạt sắt mịn.

- Nam châm thẳng.

- Nam châm hình chữ U.

Tiến hành:

- Lắc nhẹ hộp nhựa sao cho các mạt sắt phân bố đèu. Đặt hộp nhựa trên mặt phẳng nằm ngang, mặt trong suốt hướng lên trên.

- Đặt nhẹ nhàng thanh nam châm thẳng lên trên mặt trong suốt của hộp nhựa rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa. (Hình 14.4a)

- Nhấc thanh nam châm thẳng lên khỏi mặt hộp nhựa. Lắc nhẹ hộp nhựa cho các mạt sắt phân bố đều trở lại. Tiếp tục đặt nhẹ nhàng hai thanh nam châm thẳng lên trên  mặt trong suốt của hộp nhựa (sao cho hai cực trái dấu của hai thanh nam châm thẳng gần nhau) rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4b).

- Thực hiện tương tự như trên nhưng cho hai cực cùng tên của hai thanh nam châm gần nhau. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4c).

- Tiến hành thí nghiệm tương tự đối với nam châm hình chữ U (Hình14.5).

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4b và ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4c.

2. Nhận xét về hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở giữa hai cực của nam châm hình chữ U. Từ đó có thể rút ra kết luận gì về từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U.

Giải nhanh:

1. Nhận xét: 

- Hình 14.4b: Ta nhìn thấy mạt sắt tập trung nhiều ở hai đầu nam châm và thưa dần ở khoảng giữa.

- Hình 14.4c: Mạt sắt tập trung nhiều ở phần tiếp xúc giữa hai nam châm và thưa dần ra xa

2. Nhận xét:

- Mạt sắt tập trung nhiều, dày đặc ở hai đầu cực của nam châm, và phân bố thưa dần khi đi từ hai đầu cực ra xa, gần như không có ở khu vực giữa hai đầu cực

Kết luận:

- Từ trường mạnh nhất ở hai đầu cực của nam châm.

- Từ trường yếu dần, thưa dần khi đi từ hai đầu cực ra xa.

- Từ trường gần như không có ở khu vực giữa hai đầu cực.

Hoạt động 2: Thí nghiệm 2

Chuẩn bị:

- Hộp nhựa có một mặt trong suốt, bên trong chứa dầu và mạt sắt mịn.

- Ống dây gắn với hộp nhựa.

- Dây dẫn thẳng.

- Nguồn điện một chiều.

Tiến hành:

- Lắc nhẹ hộp nhựa có gắn ống dây sao cho các mạt sắt phân bố đều ở bên ngoài và bên trong lòng ống dây.

- Cho dòng điện chạy qua ống dây.

- Gõ nhẹ vào hộp nhựa để các mạt sắt phân bố ổn định (Hình 14.6).

Tiến hành thí nghiệm tương tự với dây dẫn thẳng ta thu được hình ảnh như Hình 14.7.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Mô tả hình ảnh sự phân bố mạt sắt phân bố xung quanh dòng điện thẳng.

2. Nhận xét về hình ảnh sự phân bố mạt sắt bên trong ống dây và bên ngoài ống dây.

3. So sánh hình ảnh và sự phân bố mạt sắt ở bên ngoài ống dây với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng.

Giải nhanh:

1. Hình ảnh sự phân bố mạt sắt phân bố xung quanh dòng điện thẳng được mô tả như sau:

- Mạt sắt tập trung thành các vòng tròn đồng tâm xung quanh dây dẫn.

- Mạt sắt càng nhiều, dày khi tập trung gần dây dẫn và thưa hơn khi xa dây dẫn.

2. Nhận xét:

- Bên trong ống dây: Mạt sắt nhiều, tập trung thành các đường thẳng song song với nhau, đi từ đầu bên này sang đầu bên kia.

- Bên ngoài ống dây: Mạt sắt tập trung thành các đường cong, bao quanh ống dây, và tập trung nhiều ở hai đầu ống.

3. Hình ảnh và sự phân bố mạt sắt ở bên ngoài ống dây với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng là: giống với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng. Đều đi từ cực Bắc sang cực Nam

Câu hỏi: Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng. Khi cân bằng, kim nam châm nằm ở vị trí như Hình 14.11. Hãy xác định chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn.

Giải nhanh:

Ta áp dụng quy tắc bàn tay phải sao cho: ngón cái choãi ra vuông góc với lòng bàn tay biểu diễn chiều của lực từ, các đường sức từ đi vào lòng bàn tay, chiều của dòng điện song song với ngón trò. 

Áp dụng quy tắc ta xác định được chiều của dòng điện đi từ trên xuống dưới.

Em có thể: Giải thích được nguyên tắc hoạt động của la bàn. Nêu được ứng dụng của nam châm trong cuộc sống như tàu đệm từ, nam châm điện.

Giải nhanh:

La bàn hoạt động dựa trên tính chất từ của Trái Đất. Trái Đất được ví như một nam châm khổng lồ với hai cực Bắc và Nam. Khi đặt la bàn trên mặt phẳng nằm ngang thì kim nam châm sẽ tự định hướng theo hướng Bắc – Nam của Trái Đất. Bởi vì kim nam châm cũng là một nam châm nhỏ và nó sẽ bị tác động bởi từ tường của Trái Đất. Cực Bắc của kim nam châm luôn hướng về cực Bắc của Trái Đất.

Ứng dụng: Nam châm điện

- Loa điện: nam châm điện tạo ra lực từ tác dụng lên màng loa, làm cho màng loa rung động và phát ra âm thanh.

- Micro: nam châm điện biến đổi dao động âm thanh thành tín hiệu điện.