CHƯƠNG 3: TỪ TRƯỜNG

BÀI 9. KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Các nghiên cứu cho thấy, chim manh manh (Hình 9.1) có khả năng cảm nhận được từ trường dựa vào một số loại protein có trong mắt chim (Nguồn: Science News). Đặc điểm này giúp chim dựa vào từ trường của Trái Đất để xác định được phương hướng trong quá trình di cư. Vật từ trường là gì và làm thế nào để mô tả từ trường?

Giải rút gọn:

Từ trường là trường lực gây ra bởi dòng điện hoặc nam châm, là một dạng vật chất bao quanh dòng điện hoặc nam châm, biểu hiện là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.

Từ trường được mô tả thông qua các đường sức từ, hướng, độ lớn.

1. TỪ TRƯỜNG

Thảo luận 1: Dựa vào kiến thức đã học ở môn Khoa học tự nhiên lớp 7, từ các dụng cụ như thanh nam châm, dây dẫn có dòng điện, kim nam châm có thể quay quanh trục hoặc la bàn, hãy thiết kế phương án và thực hiện thí nghiệm để nhận biết vùng không gian tồn tại từ trường. Ngoài các dụng cụ trên, ta có thể nhận biết từ trường bằng dụng cụ nào khác?

Giải rút gọn:

* Thí nghiệm:

- Dụng cụ: Kim nam châm, thanh nam châm, nguồn điện, dây dẫn điện, giá đỡ.

- Tiến hành:

+ Lúc đầu, để kim nam châm ở xa thanh nam châm. Quan sát.

+ Sau đó, từ từ dịch chuyển kim nam châm lại gần thanh nam châm. Quan sát.

- Kết quả: Hướng của kim nam châm bị lệch.

* Ngoài các dụng cụ trên, ta có thể dùng dây dẫn mang dòng điện để phát hiện từ trường.

Thảo luận 2: Từ các dụng cụ đơn giản như nam châm thẳng, nam châm chữ U, mạt sắt, hộp nhựa trong chứa dầu và mạt sắt, giấy A4,...Hãy thiết kế phương án và thực hiện thí nghiệm để quan sát hình ảnh từ phổ của các nam châm này.

Giải rút gọn:

Tiến hành:

- Đặt thanh nam châm thẳng lên mặt phẳng nằm ngang.

- Đặt hộp nhựa chứa dầu và mạt sắt lên thanh nam châm

- Gõ nhẹ hộp nhựa

- Quan sát hiện tượng.

Kết quả: Mạt sắt sẽ tập trung ở hai đầu của nam châm, tạo thành đường sức từ.

2. CẢM ỨNG TỪ

Thảo luận 3: Khi nào ta có thể xem dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua có chiều dài vô hạn?

Giải rút gọn:

Ta có thể xem dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua có chiều dài vô hạn khi: tại mọi điểm xung quanh dây dẫn đều sinh ra cảm ứng từ bằng nhau.

Luyện tập: Ta đã biết, điện trường là dạng vật chất bao quanh điện tích. Vậy, theo em xung quanh điện tích có thể tồn tại từ trường hay không? Nếu có thì khi nào từ trường xuất hiện xung quanh điện tích.

Giải rút gọn:

Xung quanh điện tích có tồn tại từ trường. Từ trường xuất hiện xung quanh điện tích khi điện tích chuyển động.

Thảo luận 4: Hãy mô tả hình ảnh đường sức từ (hướng và độ mau (dày)/thưa) trong các trường hợp ở Hình 9.5.

Giải rút gọn:

Hướng: đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam

Độ mau/thưa: Càng gần nam châm và ống dây có dòng điện chạy qua, đường sức từ càng mau ở hai cực, sau đó thưa dần ở phần giữa..

Luyện tập: Dùng kim nam châm và các hình ảnh từ phổ thu được từ câu Thảo luận 2, hãy thiết kế phương án thí nghiệm để nhận biết được chiều của đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của kim nam châm.

Giải rút gọn:

Phương án thí nghiệm: Đặt kim nam châm lên một đường sức từ tạo bởi mạt sắt. Sau đó dựa vào hướng của kim nam châm và suy ra hướng của từ trường.

Thảo luận 5: Đề xuất cách xác định chiều đường sức từ trong Hình 9.6.

Giải rút gọn:

Cách xác định: đặt kim nam châm ở vị trí xung quanh dòng điện, hướng của kim nam châm là chiều của đường sức từ (hoặc dùng quy tắc nắm bàn tay phải).

Luyện tập: Vẽ phác đường sức từ của các dòng điện thẳng vuông góc với mặt phẳng giấy đặt trên bàn và có chiều từ trên xuống dưới.

Giải rút gọn:

Hình vẽ đường sức từ của các dòng điện thẳng vuông góc với mặt phẳng giấy đặt trên bàn và có chiều từ trên xuống dưới

Thảo luận 6: Hãy vẽ phác hình dạng đường sức từ của dòng điện tròn trong Hình 9.8.

Giải rút gọn:

Hình dạng đường sức từ của dòng điện tròn trong Hình 9.8.

Thảo luận 7: Hãy vẽ phác hình dạng đường sức từ trong vùng không gian xung quanh ống dây khi có dòng điện chạy qua.

Giải rút gọn:

Hình dạng đường sức từ trong vùng không gian xung quanh ống dây khi có dòng điện chạy qua.

Thảo luận 8: Ống dây được tạo thành từ việc quấn nhiều vòng dây giống nhau. Dựa vào quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ của dòng điện tròn, hãy đề xuất cách xác định chiều đường sức từ của dòng điện bên trong ống dây.

Giải rút gọn:

Cách xác định: nắm bàn tay phải sao cho các ngón tay theo chiều dòng điện, khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ bên trong ống dây.

Vận dụng: Xét một ống dây có dòng điện chạy qua và một nam châm thử định hướng như Hình 9.12. Biết A, B là các cực của nguồn điện không đổi. Hãy xác định chiều đường sức từ của từ trường trong ống dây. Từ đó xác định tên các cực của nguồn điện.

Giải rút gọn:

- Chiều của đường sức từ đi từ phải sang trái.

- (Dòng điện có chiều từ cực dương sang cực âm: đầu A cực âm, đầu B cực dương.

BÀI TẬP

1. Đường sức từ được tạo bởi nam châm thẳng có đặc điểm nào sau đây?

A. Là đường thẳng song song với trục nam châm, hướng từ cực Bắc đến cực Nam.

B. Là đường khép kín, đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của nam châm.

C. Là đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục của thanh nam châm.

D. Là đường tròn nằm trong mặt phẳng chứa trục của thanh nam châm.

Giải rút gọn:

Đáp án B. 

2. Xét một ống dây được nối với hai cực A, B của một nguồn điện. Khi đó, đường sức từ qua ống dây có dạng như hình 9P.1. Hãy xác định tên các cực của nguồn điện.

Giải rút gọn:

Đầu A cực âm, đầu B cực dương.

3. Xung quanh Trái Đất có tồn tại từ trường, do đó Trái Đất được coi như một nam châm khổng lồ. Dựa vào điều này, hãy giải thích tại sao kim la bàn luôn chỉ theo hướng Bắc - Nam địa lý.

Giải rút gọn:

Vì kim nam châm hướng theo từ trường Trái Đất. Do đó, kim la bàn luôn chỉ theo hướng Bắc – Nam địa lí. Ứng với cực Bắc - Nam địa lí lần lượt là cực Nam - Bắc của nam châm.

4. Dựa vào hình ảnh các đường sức từ của nam châm chữ U như hình 9P.2, em hãy xác định các cực của nam châm này.

Giải rút gọn:

Cực của Nam châm: Chiều của đường sức từ: vào nam - ra bắc