CHỦ ĐỀ 3. TỪ TRƯỜNG. BÀI 2. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN. CẢM ỨNG TỪ
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
CHỦ ĐỀ 3. TỪ TRƯỜNG. BÀI 2. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN. CẢM ỨNG TỪ
Khởi động
Khởi động
Khởi động
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?
Trả lời
Lực từ đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường.
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện
Thí nghiệm
Thí nghiệm
- Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.1. - Treo khung dây để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ của nam châm; cạnh AB của khung nằm ngang trong vùng từ trường đều ở khoảng không gian giữa hai cực của nam châm. - Cho dòng điện có cường độ I chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây. - Đổi chiều cường độ dòng điện I chạy qua khung dây và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.
Ảnh
Ảnh
Kết quả
Kết quả Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. Điều này cho thấy, lực từ tác dụng lên AB có phương thẳng đứng, vuông góc với cả đoạn dòng điện AB và đường sức từ.
Phương của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện
Phương của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện
Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và đường sức từ tại điểm khảo sát.
Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện
Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện
Xác định chiều của lực từ theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trải sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90° chi chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện.
Ảnh
Ví dụ
Ví dụ
Lực từ tương tác giữa hai dòng điện thẳng
Ảnh
Cảm ứng từ
Cảm ứng từ
Cảm ứng từ
Để đặc trưng cho từ trường tại một điểm trong từ trường về mặt tác dụng lực, người ta đưa ra một đại lượng gọi là cảm ứng từ, kí hiệu . Đó là một đại lượng vectơ: - Có phương trùng với phương của kim nam châm nằm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm; - Có độ lớn là: Trong đó: F là độ lớn của lực do từ trường tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l mang dòng điện có cường độ I, B là độ lớn cảm ứng từ, θ là góc hợp bởi chiều dòng điện và chiều của cảm ứng từ.
Ảnh
Ảnh
Đơn vị của cảm ứng từ
Đơn vị của cảm ứng từ
Đơn vị SI của cảm ứng từ là tesla, kí hiệu T. Cảm ứng từ có độ lớn bằng 1 T khi một dây dẫn mang dòng điện 1 A đặt vuông góc với từ trường đều chịu tác dụng bởi lực 1N trên 1 m chiều dài của nó. Trong công thức (2.1), lực được đo bằng niutơn (N), cường độ dòng điện được đo bằng ampe (A) và chiều dài được đo bằng mét (m).
Ảnh
Đo độ lớn của cảm ứng từ
Đo độ lớn của cảm ứng từ
1) Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.6. Đoạn dây dẫn được cố định theo phương ngang giữa hai cực của nam châm. Dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn được lấy từ biến áp nguồn (không thể hiện trong Hình 2.6). 2) Đo và ghi chiều dài của đoạn dây dẫn nằm ngang trong từ trường theo mẫu Bảng 2. 2. 3) Ấn nút hiệu chỉnh để cân chỉ số "0".
Ảnh
4)
4) Bật nguồn điện. Đo và ghi cường độ dòng điện I và số chỉ m của cân theo Bảng 2.2. 5) Điều chỉnh biến áp nguồn để có các giá trị khác nhau của cường độ dòng điện I. Lặp lại bước 4 cho đến khi có ít nhất ba giá trị khác nhau của I và m. Tắt nguồn điện.
Ảnh
Công thức của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện
Công thức
Công thức
Lực từ do từ trường đều có cảm ứng từ với độ lớn B tác dụng lên dây dẫn có chiều dài l và mang dòng điện có cường độ I được xác định bằng công thức: Trong đó, θ là góc hợp bởi chiều dòng điện và cảm ứng từ Điểm đặt của lực từ là trung điểm của đoạn dây dẫn có chiều dài l. Trong công thức, B tính bằng tesla (T), I tính bằng ampe (A), l tính bằng mét (m) thì F được tính bằng niutơn (N).
Ảnh
Ảnh
Luyện tập
Luyện tập
Một dây dẫn dài 50 cm mang dòng điện được đặt vuông góc với một từ trường có B = 5,0 mT. a) Nếu trong mỗi giây có Latex(10^18) electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn thì cường độ dòng điện là bao nhiêu? (e = 1,6.Latex(10^(-19)) C). b) Tính độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn.
Trả lời
a) Cường độ dòng điện: b) Độ lớn lực từ: F = Ilsinθ=0,16.0,5.sin90° = 0,08 N
Ảnh
Vận dụng
Vận dụng
Vận dụng
Thảo luận đề 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.
Trả lời
Trả lời
Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm: - Hộp gỗ có gắn các thiết bị dưới đây: + Nam châm điện có gắn hai tấm thép (1). + Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4). + Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6). + Hai biến trở xoay 100 Ω - 2 A (7). + Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9). - Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10). - Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11). - Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12). - Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) và các dây nối.
Tiến hành
Tiến hành: - Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm. - Đóng công tắc điện.
Ảnh
Các bước tiến hành thí nghiệm
Các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện. - Treo khung dây vào đầu đòn cân. - Điều chỉnh khung dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ của nam châm điện (α = 90°). - Điều chỉnh gia trọng và dây căng lực kế để lực kế đo được lực từ. - Bật công tắc nguồn điện. Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện ở mức ban đầu 0,1 A. Xác định giá trị của lực từ F qua lực kế. - Thay đổi giá trị cường độ dòng điện qua khung dây mỗi lần tăng lên 0,1 A. Đọc giá trị cường độ dòng điện I qua khung dây và xác định giá trị lực từ F qua lực kế, ghi kết quả vào vở như ví dụ ở Bảng 15.1.
Bảng 15.1
Ảnh
Cảm ơn
Ảnh