Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11

Trong chương trình vật lí lớp 11 để xác định hình ảnh từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt chúng ta sử dụng mạt sắt rắc xung quanh.

Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 23 — Từ trường của dòng điện thẳng dài có các đường sức từ là những đường tròn đồng tâm nằm trong cùng một mặt phẳng mà ta xét.

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 25 — Quy tắc bàn tay phải 1 xác định chiều của các đường sức từ của dòng điện thẳng dài vô hạn: Nắm tay phải dọc theo dòng điện, ngón cái chỉ chiều dòng điện, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều đường sức từ

Quy tắc tay phải 1: xác định véc tơ cảm ứng từ \[\vec{B}\] gây ra tại một điểm. \[\vec{B}\] có phương tiếp tuyến với cảm ứng từ tại điểm cần xét.

Cảm ứng từ tại một điểm \[B=2.10^{-7}\dfrac{I}{r}\]

Trong đó:

B: cảm ứng từ tại một điểm (T)
r: khoảng cách từ dòng điện đến điểm cần tính (m)

2/ Từ trường của dòng điện tròn.

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 27 — Đường sức từ của dòng điện tròn là các đường không cắt nhau.

Cảm ứng tại tâm của dòng điện tròn:

\[B=N.2\pi .10^{-7}\dfrac{I}{R}\]

Trong đó:

B: độ lớn cảm ứng từ tại tâm vòng dây(T)
R: bán kính của vòng dây (m)
I: Cường độ dòng điện (A)
N: số vòng dây

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 29 — Quy tắc tay phải 2: xác định chiều cảm ứng từ của dòng điện tròn.

Quy tắc tay phải 2: chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, ngón cái chỉ chiều của véc tơ cảm ứng từ \[\vec{B}\]

3/ Từ trường của dòng điện trong lòng ống dây hình trụ

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 31 — Đường sức từ bên trong ống dây hình trụ. Chiều các đường sức từ tuân theo quy tắc tay phải 2

Cảm ứng từ gây ra bên trong lòng ống dây có chiều dài l gồm N vòng dây cuốn sát nhau.

\[B=4\pi .10^{-7}.I.\dfrac{N}{\ell}\]

Trong đó

N: là số vòng dây
l: chiều dài của ống dây (m)

Giải thích cách chế tạo nam châm điện

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 33 — Nam châm điện: gồm dây điện cuốn thành vòng quanh một lõi sắt

Khi có dòng điện chạy qua, từ trường bên trong lòng cuộn dây cuốn quanh lõi sắt tuân theo quy tắc bàn tay phải 2. Nó có chiều đi vào và đi ra (giống như nam châm thẳng). Sắt là một loại vật liệu từ hóa (có khả năng nhiễm từ) nên lõi sắt biến thành một nam châm thẳng có cực bắc trùng với chiều đi ra của các đường cảm ứng từ, cực còn lại là cực nam.

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 35 — các cực của nam châm điện

Kết luận: có thể coi dòng điện tròn (gồm 1 vòng dây, hoặc ống dây) có tác dụng tương đương với một nam châm thẳng có các cực tuân theo quy tắc các đường sức từ có chiều đi ra từ cực bắc và đi vào từ cực nam.

4/ Nguyên lý chồng chất từ trường:

Cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra được xác định bằng biểu thức véc tơ:

\[\vec{B}=\vec{B_{1}}+\vec{B_{2}}+\vec{B_{3}}+…\]

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 37 — Từ trường của dòng điện thẳng Cách vẽ chiều của dòng điện hoặc cảm ứng từ trong không gian và trong mặt phẳng

Bài tập vận dụng lý thuyết từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt

Bài tập 1. Một dây dẫn thẳng, dài có vỏ bọc cách điện, ở khoảng giữa được uốn thành vòng tròn, bán kính R = 20 cm như hình vẽ. Dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ 5 A. Xác định cảm ứng từ tại tâm O của vòng tròn.

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 39

Spoiler

Hướng dẫn giải bài tập từ trường của dòng điện

Từ trường của dòng điện có hình dạng đặc biệt, vật lí 11 41

Dòng điện chạy trong vòng tròn gây ra tại tâm O cảm ứng từ \[\vec{B_1}\] vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, hướng từ ngoài vào và có độ lớn: B₁ = 2π.10^-7\[\frac{I}{R}\]= 15,7.10^-6T.

Dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng gây ra tại tâm O cảm ứng từ \[\vec{B_2}\] vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, hướng từ trong ra và có độ lớn: B₂ = 2.10^-7\[\frac{I}{R}\]= 5.10^-6T.

B = B₁ – B₂ = 10,7.10^-6 T.

[collapse]