Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11

Lý thuyết về khung dây chuyển động trong từ trường thuộc vật lí lớp 11 chương Từ trường

Khung dây chuyển động trong từ trường

Dòng điện có cường độ I chạy qua khung dây hình chữ nhật ABCD đặt trong từ trường đều có các đường sức từ song song với mặt phẳng của khung dây.

Lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây

$F_{AD }= F_{BC }= B.I.BC.sin 0^o=0$

$F_{AB }= F_{CD }= B.I.AB.sin90^{o }= B.I.AB > 0$

Vận dụng quy tắc bàn tay trái 1 ta xác định được phương chiều của lực từ tác dụng lên các cạnh AB và CD như hình vẽ.

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 26

\[\vec{F_{AB}}\] và \[\vec{F_{CD}}\] là hệ hai lực song song cùng độ lớn ngược chiều, cùng tác dụng vào khung dây => \[\vec{F_{AB}}\] và \[\vec{F_{CD}}\] tạo thành một ngẫu lực làm cho khung dây có thể quay quanh trục đi qua trung điểm của cạnh BC và AD.

Chuyển động của khung dây trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 — Chuyển động của khung dây trong từ trường đều

Chuyển động của khung dây trong từ trường đều sẽ dừng lại khi mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường cảm ứng từ. Khi đó Lực từ chỉ có tác dụng kéo giãn khung.

Kết luận: chuyển động của khung dây trong từ trường đều là chuyển động quay quanh trục đối xứng đi qua các cạnh của khung dây, khi mặt phẳng của khung dây đặt song song với các đường cảm ứng từ hoặc hợp với các đường cảm ứng từ góc 0<α<90^o

2/ Ứng dụng của khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện.

Dòng điện qua khung dây có thể làm khung dây quay trong từ trường, hay nói cách khác điện năng (năng lượng điện) đã biến thành cơ năng (năng lượng chuyển động).

Như vậy chỉ cần có dòng điện và từ trường ta có thể chế tạo được một động cơ chạy bằng điện

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 29 — Động cơ điện đơn giản: một viên pin đặt trên một nam châm tròn, bố trí khung dây kim loại như hình, bạn sẽ có một động cơ điện đơn giản.

Bài tập khung dây chuyển động trong từ trường

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.

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 31

Hướng dẫn

Hướng dẫn giải Bài tập khung dây chuyển động trong từ trường

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 33

F_AB=F$_{CD}$=B.I.AB=15.10^-3 N;

F$_{BC}$=F$_{AD}$=B.I.BC=25.10^-3 N.

[collapse]

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.

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 35

Hướng dẫn

Hướng dẫn giải Bài tập khung dây chuyển động trong từ trường

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 37

F_AB= F$_{DC}$ = B.I.BC.sin0$^{o }$= 0

F$_{BC}$=F$_{AD}$=B.I.BC.sin90^o=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.

[collapse]

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.

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 39

Hướng dẫn

Hướng dẫn giải Bài tập khung dây chuyển động trong từ trường

Khung dây chuyển động trong từ trường, động cơ điện, vật lí 11 41

F$_{AC}$=I.B.BC.sin0^o=0

F_AB=I.B.AB=2.10^-3 N.

F$_{BC}$=I.B.BC.sinα=I.B.BC. \[\dfrac{{AB}}{{BC}}\] = 2.10^-3 N.

[collapse]