Bài 15. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện

• Khi đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì chịu tác dụng của lực từ.

• Lực từ có phương:

• Chiều của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái:

1.2. Định luật Ampe

Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng dài $L$, mang dòng điện $I$, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ $B$ được xác định bởi:

$$F=\mathrm{BIL}\sin \alpha$$Trong đó:

• $F$: lực từ (N).

• $B$: cảm ứng từ (T).

• $I$: cường độ dòng điện (A).

• $L$: chiều dài đoạn dây nằm trong từ trường (m).

• $\alpha$: góc giữa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$.

1.3. Các trường hợp đặc biệt

a) Dây dẫn vuông góc với từ trường $\mathrm{\alpha =}{90}^{\circ }$

$$\text{F=BIL}$$Lực từ đạt giá trị lớn nhất:

$$F_{\max }\text{=BIL}$$

b) Dây dẫn song song với từ trường $\mathrm{\alpha =}{0}^{\circ }\text{→ F=0}$

Dây dẫn không chịu tác dụng của lực từ.

1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực từ

Từ công thức:

$$\text{F=BIL}\sin \mathrm{\alpha }$$suy ra độ lớn lực từ phụ thuộc vào:

• Cảm ứng từ $B$.

• Cường độ dòng điện $I$.

• Chiều dài đoạn dây nằm trong từ trường $L$.

• Góc $\alpha$ giữa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ.

1.5. Cảm ứng từ

• Cảm ứng từ là đại lượng vectơ đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực.

• Kí hiệu: $\overrightarrow{B}$

• Phương và chiều của $\overrightarrow{B}$ trùng với phương và chiều của đường sức từ tại điểm đang xét.

• Độ lớn của cảm ứng từ cho biết độ mạnh yếu của từ trường.

• Đơn vị:$T$ (tesla).

1.6. Công thức xác định cảm ứng từ

Từ định luật Ampe:

$$\text{F=BIL}\sin \mathrm{\alpha }$$suy ra:

$$\mathrm{B=}\frac{F}{\mathrm{IL}\sin \mathrm{\alpha }}$$Công thức áp dụng cho đoạn dây dẫn thẳng đặt trong từ trường đều.

1.7. Đơn vị tesla

Một tesla là độ lớn cảm ứng từ của từ trường đều mà khi đặt trong đó một đoạn dây dẫn dài $1m$, mang dòng điện $1A$, vuông góc với đường sức từ thì lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn $1N$.

$$1\mathrm{T=1}\frac{N}{\mathrm{A\cdot m}}$$1.8. Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ

Trong thí nghiệm thường bố trí: $\mathrm{\alpha =}{90}^{\circ }$

Khi đó: $\text{F=BIL}$

Suy ra: $\mathrm{B=}\frac{F}{\mathrm{IL}}$

• Đo lực từ tác dụng lên dây dẫn.

• Xác định cảm ứng từ của từ trường từ số liệu đo được.

2. Giúp hiểu sâu

💡 Lực từ xuất hiện khi dòng điện đặt trong từ trường.

💡 Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường thông qua tác dụng lực của từ trường.

💡 Định luật Ampe cho thấy lực từ tăng khi cường độ dòng điện hoặc chiều dài đoạn dây trong từ trường tăng.

3. Lưu ý cho học sinh

• Góc $\alpha$ là góc giữa dây dẫn mang dòng điện và vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$, không phải góc giữa lực từ và từ trường.

• Cần xác định đúng góc $\alpha$ trước khi thay vào công thức; đây là lỗi sai thường gặp nhất.

• Chỉ lấy chiều dài đoạn dây thực sự nằm trong từ trường khi tính $L$.

• Công thức: $\text{F=BIL}\sin \mathrm{\alpha }$

chỉ áp dụng cho đoạn dây dẫn thẳng đặt trong từ trường đều.

• Khi áp dụng quy tắc bàn tay trái phải xác định đúng chiều dòng điện và chiều đường sức từ.

• Luôn đổi các đại lượng về đơn vị SI trước khi thay số.

• Trường hợp dây dẫn vuông góc với từ trường xuất hiện nhiều nhất trong các bài tập:

$$\text{F=BIL}$$• Nếu dây dẫn song song với đường sức từ thì lực từ bằng 0 mặc dù vẫn có dòng điện chạy qua dây.