LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
I. Lực từ
Để dễ dàng khảo sát và đo đạc lực từ, trước hết ta khảo sát trong một từ trường đều.
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 được tạo thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.
2. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có 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 chạy qua dây dẫn.
II. Cảm ứng từ
1. Khái niệm
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 điện 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 = \[\dfrac{F}{Il}\]
2. Đơn vị cảm ứng từ
Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ B là tesla [T]. Trong công thức [20.2], F đo bằng niutơn [N], I đo bằng ampe [A] và l đo bằng mét [m].
3. Vectơ cảm ứng từ
Người ta biểu diễn cảm ứng từ bằng một vectơ gọi là vectơ cảm ứng từ, ký hiệu là \[\overrightarrow{B}\]
Vectơ cảm ứng từ \[\overrightarrow{B}\] tại một điểm:
-Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó;
-Có độ lớn bằng: B = \[\frac{F}{Il}\]
4. Biểu thức tổng quát của lực từ
Lực từ \[\overrightarrow F \] tác dụng lên đoạn dây dẫn l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là \[\overrightarrow B \]
+ Có điểm đặt tại trung điểm của l .
+ Có phương vuông góc với \[\overrightarrow l \] và \[\overrightarrow B \]
+ Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái
+ Có độ lớn là \[F = BIl\sin \alpha \] với \[\alpha = \left[ {\overrightarrow B ,\overrightarrow l } \right]\]
5. Chú ý
Tương tự điện trường từ trường cũng tuân theo nguyên lí chồng chất từ trường:
Giả sử hệ có n nam châm [hay dòng điện]. Tại điểm M, từ trường chỉ của nam châm thứ nhất là \[\overrightarrow{B_{1}}\], từ trường chỉ của nam châm thứ hai là \[\overrightarrow{B_{2}}\],…từ trường chỉ của nam châm thứ n là \[\overrightarrow{B_{n}}\]. Gọi \[\overrightarrow{B}\] là từ trường của hệ tại M thì:
\[\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_{1}}+\overrightarrow{B_{2}}+...+\overrightarrow{B_{n}}\].
Sơ đồ tư duy về Lực từ - Cảm ứng từ
I. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O [giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát].
+ Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức: B = \[k\dfrac{I}{r}\]
Trong hệ số SI, hệ số có tỉ lệ k có giá trị bằng 2.10-7.
Vậy: B = 2.10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1]
Trong đó, I tính ra ampe [A], r tính ra mét [m], B tính ta tesla [T].
Dựa vào đặc điểm của vec tơ cảm ứng từ ta có phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tuân theo quy tắc nắm tay phải.
II. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
+ Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:
Vectơ cảm ứng từ có hướng trùng với hướng của đường sức trong lòng vòng dây
B = 2π10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1a]
Với R là bán kính của khung dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:
B = 2π10-7.N.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1b]
trong đó, I đo bằng ampe [A], R đo bằng mét [m].
Tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện qua, vectơ cảm ứng từ có phương trùng với trục ống dây, có chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải.
III. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ.
Ống dây có dòng chạy qua:
-Bên trong ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Nếu ống dây đủ dài [chiều dài rất lớn so với đường kính của ống dây và cách ống] thì đường bên trong ống dây là từ trường đều. Bên ngoài ống, đường sức từ có dạng giống đường sức từ của nam châm thẳng. Cảm ứng từ trong long ống dây được cho bởi công thức: B = 4π.10-7\[\dfrac{N}{l}I\] [21.3a]
trong đó N là tổng số vòng dây, l là độ dài hình trụ. Chú ý rằng \[\frac{N}{l}\] = n = số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi, vậy cũng có thể viết:
B = 4π.10-7nI [21.3b]
-Chiều các đường sức từ trong lòng ống dây được xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện chạy qua ống dây, thì ngón choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
Mô phỏng từ trường trong dây dẫn đặc biệt
IV. Từ trường của nhiều dòng điện
Phương pháp tính toán tương tự như đối với cường độ điện trường gây bởi nhiều điện tích điểm. Nghĩa là từ trường do nhiều dòng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất: Vectơ cảm ứng từ tại một điểm, do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy.
Sơ đồ tư duy về từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
TÓM TẮT CÔNG THỨC VÀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG
I. Cách nhiễm điện. Có 3 cách nhiễm điện một vật: Cọ xát, tiếp xúc ,hưởng ứng
II. Định luật Cu lông:
Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm q1; q2 đặt cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi ε là có: \[\overrightarrow{F_{12}} ;\overrightarrow{F_{21}}\]
- Điểm đặt: trên 2 điện tích.
- Phương: đường nối 2 điện tích.
- Chiều: + Hướng ra xa nhau nếu q1.q2 > 0 [q1; q2 cùng dấu]
+ Hướng vào nhau nếu q1.q2 < 0 [q1; q2 trái dấu]
- Độ lớn: \[F=k\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon .r^{2}}\] ; k = 9.109 \[[\frac{N.m^{2}}{C^{2}}]\] [ghi chú: F là lực tĩnh điện]
- Biểu diễn:
3. Vật dẫn điện, điện môi:
+ Vật [chất] có nhiều điện tích tự do ® dẫn điện
+ Vật [chất] có chứa ít điện tích tự do ® cách điện. [điện môi]
4. Định luật bảo toàn điện tích: Trong 1 hệ cô lập về điện [hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác] thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số
III. Điện trường
+ Khái niệm: Là môi trường tồn tại xung quanh điện tích và tác dụng lực lên điện tích khác đặt trong nó.
+ Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả năng tác dụng lực.
\[\vec{E} =\frac{\vec{F}}{q}\Rightarrow \vec{F} =q.\vec{E}\] Đơn vị: E[V/m]
q > 0 :\[\vec{F}\] cùng phương, cùng chiều với \[\vec{E}\] .
q < 0 : \[\vec{F}\] cùng phương, ngược chiều với. \[\vec{E}\]
+ Đường sức điện trường: Là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của tiếp tưyến tại bất kỳ điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của véc tơ CĐĐT tại điểm đó.
Tính chất của đường sức:
- Qua mỗi điểm trong đ.trường ta chỉ có thể vẽ được 1 và chỉ 1 đường sức điện trường.
- Các đường sức điện là các đường cong không kín,nó xuất phát từ các điện tích dương,tận cùng ở các điện tích âm.
- Các đường sức điện không bao giờ cắt nhau.
- Nơi nào có CĐĐT lớn hơn thì các đường sức ở đó vẽ mau và ngược lại
+ Điện trường đều:
- Có véc tơ CĐĐT tại mọi điểm đều bằng nhau.
- Các đường sức của điện trường đều là các đường thẳng song song cách đều nhau
+ Véctơ cường độ điện trường \[\vec{E}\] do 1 điện tích điểm Q gây ra tại một điểm M cách Q một đoạn r có: - Điểm đặt: Tại M.
- Phương: đường nối M và Q
- Chiều: Hướng ra xa Q nếu Q > 0
Hướng vào Q nếu Q > Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2023 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc.