1. Lực từ là gì?
Để làm được bài tập, đầu tiên các bạn cần hiểu được lực từ là gì? Thế nào là lực từ trường? Các bạn học sinh cùng tìm hiểu bài ngay sau đây nhé.
1.1. Từ trường đều
Từ trường đều là từ trường mà đặc điểm của nó giống nhau tại mọi điểm, các đường sức từ là các đường thẳng cùng chiều và song song với nhau và được đặt cách đều nhau.
Giữa hai cực của một nam hình chữ U có thể tạo ra một từ trường đều
1.2. Cách xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện
Trong từ trường đều lực từ tác dụng lên một dây dẫn điện đều vuông góc với dây dẫn và có phương vuông góc với đường sức từ, độ lớn được quyết định bởi cường độ dòng điện và từ trường chạy qua dây dẫn.
2. Cảm ứng từ
2.1. Cảm ứng từ là gì?
Cảm ứng từ hay lực từ cảm ứng từ là đơn vị đo độ mạnh yếu của từ trường và được tính bằng công thức: $B=\frac{F}{Il}$ với F là lực từ tác dụng lên dây dẫn điện được đặt vuông góc với đường sức từ, Il là tích cường độ của dòng điện nhân với chiều dài dây dẫn.
2.2. Đơn vị của cảm ứng từ
Theo hệ SI thì :
B là tesla (T)
F được đo bằng Newton (N)
I được đo bằng ampe (A)
l : quy về đơn vị mét (m)
2.3. Vectơ cảm ứng từ
Người ta gọi vectơ cảm ứng từ để biểu đạt cho cảm ứng từ, ký hiệu là $\bar{B}$
Tại một điểm có vectơ cảm ứng từ $\bar{B}$
Hướng của từ trường với hướng của vectơ tại điểm đó trùng nhau
Độ lớn được tính bằng công thức $B=\frac{F}{Il}$
2.4. Biểu thức của lực từ
Lực từ $\bar{F}$ tác động lên một dây dẫn l. Có dòng điện là I được đặt trong một từ trường đều, tại điểm đó xuất hiện cảm ứng từ là $\bar{B}$
Điểm đó được đặt tại trung điểm l
Lực điện từ có phương của cảm ứng từ vuông góc với phương của $\bar{l}$ và $\bar{B}$
Có chiều được xác định bởi quy tắc nắm bàn tay trái
Độ lớn có công thức tính $F=BIl\alpha$ sin trong đó $\alpha=(\bar{B},\bar{l})$
3. Phương pháp giải bài tập
3.1. Xác định chiều cảm ứng từ của dòng điện
Để xác định chiều cảm ứng từ của dòng điện, ta làm theo các bước:
Bước 1: Các bạn xác định từ trường ban đầu của nam châm theo quy tắc "Vào (S) nam ra (N) Bắc"
Bước 2: Ta xác định từ trường cảm ứng $\bar{B_{c}}$ khung dây sinh ra theo định luật Len-xơ.
+ Ta có quy tắc chung: xa cùng - gần ngược. Nghĩa là khi nam châm hay khung dây lại gần nhau thì $\bar{B_{c}}$ và $\bar{B}$ ngược nhau. Khi ra xa thì $\bar{B_{c}}$ và $\bar{B}$ ngược nhau
Bước 3: Dựa theo quy tắc nắm bàn tay phải ta xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong 1 khung dây.
Ví dụ 1: Biết rằng cảm ứng từ B giảm dần. Các bạn hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD.
+ Vì cảm ứng từ B giảm nên từ thông cũng giảm theo, vì vậy cảm ứng từ $\bar{B_{c}}$ cùng chiều với cảm ứng từ $\bar{B}$
+ Ứng dụng quy tắc bàn tay phải $\Rightarrow$ chiều dòng điện cảm ứng có cùng chiều kim đồng hồ.
Ví dụ 2: Các bạn hãy xác định vecto cảm ứng từ tại các điểm được cho trên hình do mỗi dòng điện gây ra với trường hợp sau đây:
Chúng ta vận dụng quy tắc bàn tay phải để xác định được chiều vecto cảm ứng từ do dòng điện thẳng gây ra tại một điểm
Hình a: Cảm ứng từ do dòng điện I gây ra tại điểm M có chiều trong ra ngoài, có chiều từ ngoài vào trong tại điểm N.
Hình b: Cảm ứng từ có chiều từ ngoài vào trong do dòng điện I gây ra tại điểm M, có chiều từ ngoài vào trong tại điểm N.
3.2. Lực từ do đoạn dây dẫn có dòng điện gây ra
Lực từ tác động lên dây dẫn có chiều dài l dòng điện qua dây dẫn có cường độ I, dây dẫn đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B được xác định = biểu thức sau
F = B.I.l.sinα
Trong đó có:
B: cảm ứng từ
F: lực từ
I: cường độ dòng điện
l: chiều dài đoạn dây
Quy tắc bàn tay trái được hiểu là: Đặt bàn tay trái của bạn duỗi thẳng để cho chiều của các đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay. Chiều từ cổ tay của bạn đến ngón tay trùng chiều dòng điện. Khi đó ngón tay cái đưa ra 90º ý chỉ chiều của lực F tác dụng lên dây dẫn.
Ví dụ 1: Dòng điện chạy qua đặt cùng phương với đường sức từ có lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn MN có :
A. Đường sức từ luôn cùng hướng.
B. Ngược hướng với đường sức từ.
C. Vuông góc với đường sức từ.
D. Luôn luôn = 0.
Giải:
Góc giữa vectơ cường độ cảm ứng từ và cường độ dòng điện bằng 0 nên F = 0
⇒ D
Ví dụ 2: Hãy xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây khi cho đoạn dây dẫn có chiều dài 5cm được đặt trong từ trường đều, vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dây dẫn có dòng điện chạy qua có cường độ I = 0,75A. Biết cảm ứng từ của từ trường có độ lớn 0,8T
Giải:
Ta có: Trung điểm của đoạn dây là điểm đặt chính.
Phương vuông góc với mp giữa $(\bar{B},\bar{l})$
Theo quy tắc bàn tay trái, chúng ta xác định chiều của $\bar{F}$ như hình. Tiếp đó ta tính độ lớn của lực từ: 5cm = 0,05m
Theo đề bài đã cho ta có $\bar{B}$ vuông góc $\bar{I}$
$\Rightarrow \alpha=90$ độ
F = I.B.l.sinα = 0,75.0,8.0.05.sin(90) = 0,03 N
Kết luận: Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 0,03N
Đăng ký ngay để được các thầy cô tổng ôn kiến thức và tư vấn xây dựng lộ trình học dành riêng cho các bạn lớp 10 - 11 ngay!
4. Bài tập vận dụng về lực từ
Câu 1: Công thức tính lực từ tác động lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện là
A. F = BI sinα
B. F = BIl cosα
C. F = BIl sinα
D. F = Il cosα
Giải:
Lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện công thức là: F = BIl sinα
Đáp án C
Câu 2: Phương án nào là không chính xác?
A.
B.
C.
D.
Giải:
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường từ hướng vào lòng bàn tay, dòng điện chạy từ cổ tay đến ngón tay. Ngón tay cái thò ra là chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện.
Đáp án D
Câu 3: Đáp án nào sau đây là chính xác?
Có một dây dẫn có dòng điện l đặt song song với đường sức từ, chiều của đường sức từ và dòng điện ngược chiều nhau
A. Lực từ luôn bằng không khí tăng cường độ dòng điện
B. Lực từ và cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với nhau
C. Lực từ và cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với nhau
D. Chiều của lực từ và chiều của dòng điện tỉ lệ thuận với nhau
Giải:
Khi đặt đoạn dây song song với đường sức từ thì α =180 ⇒ F = BIl sinα = 0
⇒ Lực từ luôn bằng không kể cả khi cường độ dòng điện thay đổi
Đáp án A
Câu 4: Cho dây dẫn với chiều dài 10m đặt trong 1 từ trường đều B = 5.10-2T. Cho một dòng điện chạy qua dây dẫn biết dòng điện có cường độ là 10A. Tính lực từ tác dụng lên dây dẫn, biết dây dẫn đặt vuông góc với $\bar{B}$.
A. 0N
B. 5N
C. 0,05N
D. 5.10-4N
Giải:
Áp dụng công thức lực từ tác dụng lên dây dẫn
F=BIl sinα = 5N
Đáp án: B
Câu 5: Cho dòng điện có cường độ là 10A chạy qua dây dẫn có khung là tam giác vuông MNP theo chiều MNPM như hình dưới. Tam giác MNP có MN = 30cm, NP = 40cm. Có từ trường B = 0,01T vuông góc với mặt phẳng khung dây. Tính lực từ tác dụng lên cạnh MP là bao nhiêu.
A. 0N
B. 0,03N
C. 0,05N
D. 0,04N
Giải:
MP được lực từ tác dụng lên như hình dưới
FMP=BIl sinα =BIMP sin 90o
$MP=\sqrt{MN^{2}+NP^{2}}=\sqrt{30^{2}+40^{2}}=50cm$
⇒ FMP = 0,01.10.0,5.sin 90º = 0,05N
Đáp án C
Trên đây là toàn bộ kiến thức về lực từ mà VUIHOC mang đến cho các bạn học sinh. Hy vọng rằng, sau bài viết này, các bạn có thể áp dụng vào làm bài tập thật chính xác. Để có thêm các thông tin bổ ích cùng bài giảng hấp dẫn, các em hãy nhanh chóng truy cập Vuihoc.vn nhé!
