Bạn đã từng nghe nói về lực từ và cảm ứng từ chưa? Điều này liên quan đến từ trường và có tầm quan trọng đáng kể trong lĩnh vực vật lý. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá khái niệm này cùng nhau nhé!
Lực từ là gì?
Trước khi bắt đầu, chúng ta hãy tìm hiểu về lực từ. Lực từ là một khái niệm quan trọng trong vật lý, đặc biệt là trong lĩnh vực từ trường. Nó diễn tả sức mạnh mà từ trường tác động lên một đoạn dây dẫn khi có dòng điện chạy qua.
Trong bài tập vật lý, đầu tiên chúng ta cần xác định khái niệm của lực từ là gì. Từ trường đều là một loại từ trường có đặc điểm là giống nhau tại mọi điểm trong không gian. Các đường sức từ trong từ trường đều là các đường thẳng cùng chiều và song song với nhau, và chúng được đặt cách đều nhau.
Cụ thể, giữa hai cực của một nam châm hình chữ U, chúng ta có thể tạo ra một từ trường đều.
Để xác định lực từ tác động lên một đoạn dây dẫn, chúng ta cần biết rằng trong từ trường đều, lực từ sẽ tác động lên một dây dẫn điện vuông góc với dây dẫn và có phương vuông góc với đường sức từ. Độ lớn của lực từ được quyết định bởi cường độ dòng điện và từ trường chạy qua dây dẫn.
Cảm ứng từ là gì?
Cảm ứng từ, hay được gọi là lực từ cảm ứng từ, là một đơn vị đo độ mạnh yếu của từ trường và được tính bằng công thức sau: B = F / (Il), trong đó F là lực từ tác động 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.
Theo hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ được đo bằng tesla (T), độ lớn của lực từ được đo bằng newton (N), cường độ dòng điện được đo bằng ampe (A), và chiều dài được tính bằng mét (m).
Người ta sử dụng vectơ cảm ứng từ để biểu thị cho cảm ứng từ. Tại một điểm, vectơ cảm ứng từ sẽ có hướng trùng với hướng của từ trường và độ lớn được tính bằng công thức B = F / (Il).
Phương pháp giải bài tập
Phương pháp giải bài tập về lực từ đòi hỏi chúng ta phải xác định chiều cảm ứng từ của dòng điện. Để làm điều này, hãy tuân theo các bước sau:
Bước 1: Xác định từ trường ban đầu của nam châm theo quy tắc “Vào (S) nam ra (N) Bắc”.
Bước 2: Xác định cảm ứng từ (Bc) khung dây sinh ra theo định luật Len-xơ. Khi nam châm hoặc khung dây gần nhau, cảm ứng từ (Bc) và từ trường (B) sẽ ngược nhau. Khi ra xa nhau, cảm ứng từ (Bc) và từ trường (B) sẽ cùng chiều.
Bước 3: Dựa vào quy tắc nắm bàn tay phải, chúng ta sẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng sinh ra trong một khung dây.
Ví dụ 1: Biết rằng cảm ứng từ (B) giảm dần. Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD.
-
Vì cảm ứng từ (B) giảm, từ thông cũng giảm theo. Vì vậy, cảm ứng từ (Bc) sẽ cùng chiều với cảm ứng từ (B).
-
Áp dụng quy tắc bàn tay phải, chúng ta sẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng có cùng chiều kim đồng hồ.
Ví dụ 2: Hãy xác định vectơ cảm ứng từ tại các điểm được cho trên hình do mỗi dòng điện gây ra với trường hợp sau đây:
Chúng ta áp dụng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều vectơ 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 từ 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.
Lực từ do đoạn dây dẫn có dòng điện gây ra
Lực từ tác động lên một đoạn dây dẫn có chiều dài l và dòng điện qua dây dẫn có cường độ I, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B, được xác định bằng biểu thức sau: F = B.I.l.sinα.
Trong đó:
- B: cảm ứng từ
- F: lực từ
- I: cường độ dòng điện
- l: chiều dài đoạn dây
Và đừng quên quy tắc bàn tay trái: 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 đoạn dây 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.
⇒ Đáp án D.
Ví dụ 2: Hãy xác định lực từ tác động 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 mặt phẳng giữa (B, l).
Theo quy tắc bàn tay trái, chúng ta xác định chiều của F như hình. Tiếp đó, ta tính độ lớn của lực từ: 5cm = 0,05m
Theo đề bài đã cho, ta có B vuông góc I.
⇒ α = 90°
F = I.B.l.sinα = 0,75.0,8.0.05.sin(90) = 0,03 N
Kết luận: Lực từ tác động lên đoạn dây có độ lớn F = 0,03 N.
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 động lên dây dẫn có dòng điện có 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 phải: 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 và 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, α = 180 ⇒ F = BIl.sinα = 0
⇒ Lực từ luôn bằng không, không phụ thuộc vào độ mạnh của dòng điện.
Đáp án: A
Câu 4: Cho đoạn dây dẫn với chiều dài 10m đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10-2T. Cho một dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ là 10A. Tính lực từ tác động lên dây dẫn, biết dây dẫn đặt vuông góc với vectơ cảm ứng từ.
A. 0N
B. 5N
C. 0,05N
D. 5.10-4N
Giải:
Áp dụng công thức lực từ tác động 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 động lên cạnh MP là bao nhiêu.
A. 0N
B. 0,03N
C. 0,05N
D. 0,04N
Giải:
Lực từ tác động lên cạnh MP như hình dưới:
FMP=BIl.sinα =BIMP.sin 90o
MP=sqrt(MN2+NP2)=sqrt(302+402)=50cm
⇒ FMP = 0,01.10.0,5.sin 90º = 0,05N
Đáp án: C
Trên đây là các kiến thức về lực từ và cảm ứng từ mà Trường Trung Cấp Việt Hàn (VKI) muốn chia sẻ với các bạn. Hy vọng rằng sau bài viết này, các bạn sẽ có thể áp dụng vào làm bài tập một cách chính xác. Để biết thêm thông tin bổ ích và bài giảng hấp dẫn, hãy truy cập Trường Trung Cấp Việt Hàn (VKI) ngay!
