Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây thuộc vật lí lớp 11 chương Từ trường
Lực từ tác dụng khung dây đặt trong từ trường
\[F=B.I.\ell\sin\alpha \]
Trong đó:
- F: lực từ tác dụng lên một cạnh của khung dây (N)
- B: cảm ứng từ (T)
- I: cường độ dòng điện (A)
- l: chiều dài một cạnh của khung dây.
- α=\[\vec{I},\vec{B}\]
Lực từ: \[\vec{F}=\vec{F_{1}}+\vec{F_{2}}+\vec{F_{3}}+…\]
Lực từ tương tác giữa 2 dòng điện thẳng dài đặt song song
\[F=2.10^{-7}\dfrac{I_{1}I_{2}}{r}.\ell\]
Momen của ngẫu lực từ
$M = F.d = BILd = BIS$
trong đó:
- d: khoảng cách giữa các lực tác dụng lên khung dây đặt vuông góc trong từ trường
- d = AB = CD
- S = L.d: diện tích của khung dây
- M: momen của ngẫu lực từ (N.m)
Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây đặt trong từ trường đều
Bài tập 1. Dòng điện I=5A chạy trong khung dây chữ nhật ABCD mặt phẳng khung dây đặt vuông góc trong từ trường đều có cảm ứng từ B=0,02T. Biết AB=15 cm; BC=25 cm Xác định các véc tơ lực từ do từ trường đều tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Hướng dẫn giải Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây
FAB=F$_{CD}$=B.I.AB=15.10-3 N;
F$_{BC}$=F$_{AD}$=B.I.BC=25.10-3 N.
Bài tập 2. Dòng điện I=4A chạy trong khung dây chữ nhật ABCD mặt phẳng khung dây đặt song song với từ trường đều có cảm ứng từ B=0,04T. Biết AB=10 cm; BC=20 cm Xác định các véc tơ lực từ do từ trường đều tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Hướng dẫn giải Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây
FAB= F$_{DC}$ = B.I.BC.sin0$^{o }$= 0
F$_{BC}$=F$_{AD}$=B.I.BC.sin90o=32.10-3 N.
Hai lực này tạo thành một ngẫu lực có tác dụng làm cho khung dây quay đến vị trí mà mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ.
Bài tập 3. Dòng điện I=5A chạy trong khung dây chữ nhật ABCD mặt phẳng khung dây đặt song song với từ trường đều hợp và với cạnh AD của khung dây góc 30o có cảm ứng từ B=0,02T. Biết AB=10 cm; BC=20 cm Xác định các véc tơ lực từ do từ trường đều tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Hướng dẫn giải Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây
FAB=F$_{CD}$=B.I.AB.sin(90$^{0 }$- α)=8,66.10-3 N;
F$_{BC}$=F$_{AD}$=B.I.BC.sinα=10-2 N.
Bài tập 4. Dòng điện I=5A chạy trong khung dây tam giác ABC đặt khung dây vào trong từ trường đều B=5.10-3 T đường sức từ song song với cạnh AC. Biết AB=8 cm, AC=6 cm. Tính lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Hướng dẫn giải Bài tập lực từ tác dụng lên khung dây
F$_{AC}$=I.B.BC.sin0o=0
FAB=I.B.AB=2.10-3 N.
F$_{BC}$=I.B.BC.sinα=I.B.BC. \[\dfrac{{AB}}{{BC}}\] = 2.10-3 N.
Bài tập 5. Xác định lực từ do từ trường của hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn thẳng tác dụng lên cạnh BC của khung dây hình chữ nhật cùng nằm trong một mặt phẳng đặt trong không khí và có các dòng điện chạy qua như hình vẽ. Biết I1=15 A; I2=10 A; I3=4 A; a =15 cm; b=10 cm; AB=15 cm; BC=20 cm.
B1=2.10-7.\[\dfrac{I_{1}}{a + AB}\]
F1=B1.I3.BC.sin90o=60.10-7 N.
B2=2.10-7.\[\dfrac{I_{2}}{b}\]
F2=B2.I3.BC.sin90o=128.10-7 N.
F=F1 + F2=188.10-7 N.
Bài tập 6. Xác định lực từ do từ trường của hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn thẳng tác dụng lên cạnh BC của khung dây hình chữ nhật cùng nằm trong một mặt phẳng đặt trong không khí và có các dòng điện chạy qua như hình vẽ. Biết I1=12 A; I2=15 A; I3=4A; a=20 cm; b=10 cm; AB=10 cm; BC=20 cm.
B1=2.10-7. \[\dfrac{I_{1}}{b}\]
F1=B1.I3.BC.sin90o=192.10-7 N.
B2=2.10-7. \[\dfrac{I_{2}}{a+b}\]
F2=B2.I3.BC.sin90o=80.10-7 N.
F=F1 – F2=112.10-7 N.
Bài tập 7. Khung dây hình vuông ABCD có cạnh a = 4cm dòng điện I2 = 20A đi qua, một dòng điện thẳng I1 = 15A nằm trong mặt phẳng ABCD cách AD một khoảng d = 2cm như hình vẽ. Tính lực từ tổng hợp do I1 tác dụng lên khung dây.
Bài tập 8. Một khung dây hình chữ nhật ABCD đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 5.10-2T. Cạnh AB của khung dài 3cm, cạnh BC dài 5cm. Dòng điện trong khung có cường độ 2A. Tính giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong 2 trường hợp
a/ Cạnh AB cua khung vuông góc còn cạch BC của khung song song với đường sức từ
b/ cạnh BC của khung vuông góc còn cạnh AB của khung song song với đường sức từ
Bài tập 9. Khung dây hình chữ nhật kích thước AB = a = 10cm, BC = b = 5cm gồm có 20 vòng nối tiếp có thể quay quanh cạnh AB thẳng đứng. Khung dây có dòng I = 1A chạy qua và đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B nằm ngang và (\[\vec{n}\],\[\vec{B}\])= 30o, B = 0,5T. Tính mômen lực từ đặt lên khung dây.
Bài tập 10.Một khung dây tròn bán kính 5cm gồm 75 vòng được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0,25T. Mặt phẳng khung dây hợp với đường sức từ một góc 60o. Tính mômen của ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây. Cho biết mỗi vòng dây có cường độ dòng điện 8A chạy qua.
Bài tập 11. Khung dây như hình vẽ có AB = CD = a = 10cm, AD = BC = b = 5cm, I2 =2A; I1 = 4A cách AB một khoảng d = 5cm. Tính lực từ tổng hợp do I1 tác dụng lên khung dây.
Bài tập 12. Khung dây như hình vẽ, CD = a đặt trong từ trường đều.
a/ Xác định lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây
b/ Tính momen của các lực từ tác dụng lên kung CDEG đối với trục đi qua tâm hình vuông và song song với cạnh DE. Sau đó tính momen của các lực từ đối với trục T’ bất kỳ song song với T.
Bài tập 13.
Khung dây có dạng hình tam giác đều ABC. Khung dây đặt trong từ trường đều sao cho các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây và vuông góc với cạnh BC của khung dây. Cho biết cạnh của khung dây bằng a và dòng điện trong khung là I. Xác định các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây và momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung.
Bài tập 14. Một khung dây hình chữ nhật cạnh AB = a; AD = b đặt gần một dây dẫn thẳng rất dài sao cho AD song song với dây dẫn và mặt phẳng của khung chứa dây dẫn. Cạnh AD cách dây dẫn một đoạn xo.
a/ Tính lực từ tác dụng lên khung dây
b/ Tính công cần thực hiện để tịnh tiến chậm khung một đoạn a theo hướng AB
