Bài 20: Lực từ và cảm ứng từ

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Lực từ

2.1.1. Từ trường đều

  • Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.
  • Từ trường đều có thể tạo ra thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.

2.1.2. Lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện

  • Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có phương vuông góc với các đường sức từ và vuông góc với đoạn dây dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chay qua dây dẫn

2.2. Cảm ứng từ

2.2.1. Cảm ứng từ

  • Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng diện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện và chiều dài đoạn dây dẫn đó.

\(B = \frac{F}{{I.l}}\)

2.2.2. Đơn vị cảm ứng từ

  • Trong hệ SI đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

\(1T = \frac{{1N}}{{1A.1m}}\)

2.2.3. Véc tơ cảm ứng từ

  • Véc tơ cảm ứng từ \(\mathop B\limits^ \to \) tại một điểm:
  • Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
  • Có độ lớn là: \(B = \frac{F}{{I.l}}\)

2.2.4. Biểu thức tổng quát của lực từ

  • Lực từ \(\mathop F\limits^ \to \) tác dụng lên phần tử dòng điện \(I\mathop l\limits^ \to \) đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là \(\mathop B\limits^ \to \):
  • Có điểm đặt tại trung điểm của l;
  • Có phương vuông góc với \(\mathop l\limits^ \to \) và \(\mathop B\limits^ \to \) ;
  • Có chiều tuân theo qui tác bàn tay trái
  • Có độ lớn \(F = IlBsin\alpha \)

Bài tập minh họa



Bài 1:

So sánh lực điện và lực điện từ.

Hướng dẫn giải:

  • Lực điện là lực do điện trường tác dụng lên điện tích đặt trong nó, còn lực từ là lực do từ trường tác dụng lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó.
  • Biểu thức:
    • Lực điện \(F = qE\) (với q là điện tích còn E là cường độ điện trường).
    • Lực từ: \(F = IlBsin\alpha \) (trong đó \(\alpha \) là góc tạo bởi và , \(I\) là cường độ dòng điện, \(l\) là chiều dài dây dẫn và B là độ lớn của cảm ứng từ).

Bài 2:

Phần tử dòng điện \(I\overrightarrow l \) được treo nằm ngang trong một từ trường đều. Hướng và độ lớn của cảm ứng từ B phải như thế nào để lực điện từ cân bằng với trọng lực \(mg\) của phần tử dòng điện?

Hướng dẫn giải:

  • Để lực điện từ cân bằng với trọng lực \(mg\) của phần từ dòng điện thì hướng của cảm ứng từ B phải theo phương nằm ngang, khi đó lực từ tác dụng lên đoạn dây hướng thẳng đứng lên trên .
  • Độ lớn của cảm ứng từ B là: \(f = IlBsin\alpha {\rm{ = mg}}\)

Bài 3:

Phát biểu nào dưới đây là sai?

Lực điện từ tác dụng lên phần tử dòng điện:

A. vuông góc với phần tử dòng điện

B. cùng hướng với từ trường

C. tỉ lệ với cường độ dòng điện

D. tỉ lệ với cảm ứng từ.

Hướng dẫn giải:

  • Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có phương vuông góc với các đường sức từ và vuông góc với đoạn dây dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chay qua dây dẫn
    • Chọn đáp án B

Bài 4:

Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường:

A. vuông góc với đường sức từ.

B. nằm theo hướng của đường sức từ.

C. nằm theo hướng của lực điện từ.

D. không có hướng xác định.

Hướng dẫn giải

  • Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường nằm theo hướng của đường sức từ.
    • Chọn đáp án B