Ôn tập chương 4: Từ trường

Người ta nhận ra từ trường tồn tại xung quanh dây dẫn mang dòng điện bằng 3 cách: có lực tác dụng lên một dòng điện khác đặt cạnh nó, hoặc có lực tác dụng lên một kim nam châm đặt cạnh nó, hoặc có lực tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động dọc theo nó.

=> Phương án D - (có lực tác dụng lên một hạt mang điện đứng yên đặt bên cạnh nó.) là sai

Tính chất cơ bản của từ trường là gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó.

Từ phổ là hình ảnh của các đường mạt sắt cho ta hình ảnh của các đường sức từ của từ trường.

Ta có các tính chất của đường sức từ là:

- Qua bất kỳ điểm nào trong từ trường ta cũng có thể vẽ được một đường sức từ.

- Qua một điểm trong từ trường ta chỉ có thể vẽ được một đường sức từ, tức là các đường sức từ không cắt nhau.

- Đường sức mau ở nơi có cảm ứng từ lớn, đường sức thưa ở nơi có cảm ứng từ nhỏ.

- Các đường sức từ là những đường cong kín.

=> A, C, D – đúng

B – sai vì đường sức từ là những đường con kín

Từ trường đều là từ trường có các đường sức song song và cách đều nhau, cảm ứng từ tại mọi nơi đều bằng nhau.

=> A, B, D - đúng

Áp dụng công thức $F = BIl\sin \alpha$ ta thấy khi dây dẫn song song với các đường cảm ứng từ thì $\alpha  = 0 \to \sin \alpha  = 0 \to F = 0$

 => nên khi tăng cường độ dòng điện thì lực từ vẫn bằng không.

Áp dụng công thức $F = BIl\sin \alpha$

Với $\left\{ \begin{array}{l}\alpha  = {90^0}\\l = 5cm = 0,05m\\I = 0,75A\\F = {3.10^{ - 2}}N\end{array} \right.$

Ta suy ra : Cảm ứng từ của từ trường đó : $B = \dfrac{F}{{Il\sin \alpha }} = \dfrac{{{{3.10}^{ - 2}}}}{{0,75.0,05.\sin {{90}^0}}} = 0,8T$

Một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều thì lực từ tác dụng lên mọi phần của đoạn dây.

Áp dụng công thức $F = BIl\sin \alpha$

Với $\left\{ \begin{array}{l}l = 6cm = 0,06m\\I = 5A\\B = 0,5T\\F = 7,{5.10^{ - 2}}N\end{array} \right.$ 

Ta suy ra :

$\begin{array}{l}\sin \alpha  = \dfrac{F}{{BIl}} = \dfrac{{7,{{5.10}^{ - 2}}}}{{0,5.5.0,06}} = 0,5\\ \to \alpha  = {30^0}\end{array}$

Ta có biểu thức tính cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm trong từ trường, cách dòng điện một khoảng $r$ là : $B = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{r}$

=> Cảm ứng từ tại $M$ và $N$ là: $\left\{ \begin{array}{l}{B_M} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{{{r_M}}}\\{B_N} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{{{r_N}}}\end{array} \right.$

Theo đầu bài, ta có : ${r_M} = 2{r_N}$

$\to \dfrac{{{B_M}}}{{{B_N}}} = \dfrac{{{r_N}}}{{{r_M}}} = \dfrac{1}{2}$

Ta có: biểu thức tính cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm trong từ trường, cách dòng điện một khoảng $r$ là : $B = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{r}$

Thay $\left\{ \begin{array}{l}I = 1A\\r = 10cm = 0,1m\end{array} \right.$ ta được: $B = {2.10^{ - 7}}\dfrac{1}{{0,1}} = {2.10^{ - 6}}T$

Ta có cảm ứng từ tại tâm của khung dây tròn bán kính $R$ là : $B = 2.\pi {.10^{ - 7}}\dfrac{I}{R}$

Thay $\left\{ \begin{array}{l}I = 5A\\B = 31,{4.10^{ - 6}}T\end{array} \right.$  ta suy ra : $R = \dfrac{{2\pi {{.10}^{ - 7}}.I}}{B} = \dfrac{{2\pi {{.10}^{ - 7}}.5}}{{31,{{4.10}^{ - 6}}}} = 0,1m = 10cm$

=> Đường kính của dòng điện đó là : $d = 2R = 2.10 = 20cm$

Ta có biểu thức tính cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm trong từ trường, cách dòng điện một khoảng $r$ là : $B = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{r}$

Thay $\left\{ \begin{array}{l}I = 5A\\B = {4.10^{ - 5}}T\end{array} \right.$ 

Ta suy ra: $r = \dfrac{{{{2.10}^{ - 7}}I}}{B} = \dfrac{{{{2.10}^{ - 7}}.5}}{{{{4.10}^{ - 5}}}} = 0,025m = 2,5cm$

Ta có biểu thức tính cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm trong từ trường, cách dòng điện một khoảng $r$ là : $B = {2.10^{ - 7}}\dfrac{I}{r}$

Thay $\left\{ \begin{array}{l}r = 10cm = 0,1m\\B = {2.10^{ - 5}}T\end{array} \right.$

Ta suy ra: $I = \dfrac{{B.r}}{{{{2.10}^{ - 7}}}} = \dfrac{{{{2.10}^{ - 5}}.0,1}}{{{{2.10}^{ - 7}}}} = 10A$

- Bước 1:

- Bước 2:

Ta có:

- Cảm ứng từ do dòng điện ${I_1}$ gây ra tại điểm $M$ có độ lớn ${B_1} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_1}}}{{{r_1}}}$

- Cảm ứng từ do dòng điện ${I_2}$ gây ra tại điểm $M$ có độ lớn ${B_2} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_2}}}{{{r_2}}}$

- Bước 3:

- Để cảm ứng từ tại $M$ là $B{\rm{ }} = {\rm{ }}0$ thì hai vectơ ${\overrightarrow B _1}$ và ${\overrightarrow B _2}$ phải cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

$\begin{array}{l}{B_1} = {B_2} \leftrightarrow {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_1}}}{{{r_1}}} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_2}}}{{{r_2}}}\\ \to {I_2} = {I_1}\dfrac{{{r_2}}}{{{r_1}}} = 5.\dfrac{8}{{32 + 8}} = 1A\end{array}$

Để cảm ứng từ tại $M$ bằng không thì dòng điện ${I_2} = 1A$ và ngược chiều với ${I_1}$

- Điểm M nằm trong mặt phẳng của hai dây và cách đều hai dây có ${r_1} = {\rm{ }}{r_2} = {\rm{ }}16{\rm{ }}\left( {cm} \right)$

- Cảm ứng từ do dòng điện ${I_1}$ gây ra tại điểm $M$ có độ lớn ${B_1} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_1}}}{{{r_1}}} = {\rm{ }}6,{25.10^{ - 6}}\left( T \right)$

- Cảm ứng từ do dòng điện I₂ gây ra tại điểm M có độ lớn ${B_2} = {2.10^{ - 7}}\dfrac{{{I_2}}}{{{r_2}}} = {\rm{ }}1,{25.10^{ - 6}}\left( T \right)$

- Theo nguyên lí chồng chất từ trường, cảm ứng từ tại $M$ là $\overrightarrow B  = {\overrightarrow B _1} + {\overrightarrow B _2}$, do $M$ nằm trong khoảng giữa hai dòng điện ngược chiều nên hai vectơ ${\overrightarrow B _1}$và ${\overrightarrow B _2}$cùng hướng

Ta suy ra: $B{\rm{ }} = {\rm{ }}{B_1} + {\rm{ }}{B_2} = {\rm{ }}7,{5.10^{ - 6}}\left( T \right)$

* Dây dẫn mang dòng điện tương tác với:

- Các điện tích chuyển động

- Nam châm đứng yên

- Nam châm chuyển động

* Dây dẫn mang dòng điện không tương tác với các điện tích đứng yên

Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta được lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có phương nằm ngang hướng từ phải sang trái.

Ta có:

Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, dòng điện chạy từ cổ tay đến ngón tay, thì ngón cái choãi ra là chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện

=> A, B, D – đúng

C – sai vì chiều của lực từ không phụ thuộc vào độ lớn của cường độ dòng điện

Áp dụng quy tắc bàn tay trái :

* Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, dòng điện chạy từ cổ tay đến ngón tay, thì ngón cái choãi ra là chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện

Ta có lực từ có phương ngang và hướng sang trái