Từ trường

                                                                               Từ trường

A-    Tóm tắt lý thuyết .

I / Các định nghĩa

1 - Từ trường :

-          Đ/N: Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên nam châm hay một dòng điện đặt trong nó .

-          Đặc trưng của từ trường là cảm ứng từ ký hiệu là \(\overrightarrow{B}\) đơn vị của cảm ứng từ là T ( Tesla)

-          Quy ước : Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm cân bằng tại điểm đó

2 - Đường sức từ :

-          Đ/N : đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của của từ trường tại điểm đó.

-          Tính chất :

• Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ
• Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở 2 đầu
• Chiều của đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định ( quy tắc nắm tay phải , quy tắc đinh ốc…)
• Quy ước : Vẽ các đường cảm ứng từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức dày và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa .

II / Từ trường tạo bởi các dây dẫn điện có hình dạng đặc biệt 

1 - Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn .

Giả sử cần xác định từ trường \(\overrightarrow{B_{M}}\)  tại M cách dây dẫn một đoạn r do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

-          Điểm đặt : Tại M

-          Phương : cùng với phương tiếp tuyến của đường tròn ( O,r) tại M

-          Chiều : được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc 1 :

• Quy tắc nắm bàn tay phải : Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện , khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ .
• Quy tắc cái đinh ốc 1 : Quay cái đinh ốc để nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ

-          Độ lớn : \(B_{M}=2.10^{-7}.\frac{I}{r}\)  Trong đó : B (T)  -  I (A)   - r (m)

2 - Từ trường của dòng điện tròn .

Giả sử cần xác định từ trường \(B_{o}\) tại tâm O cách dây dẫn hìng tròn bán kính  r do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

-          Điểm đặt : Tại O

-          Phương : Vuông góc với mặt phẳg vòng dây.

-          Chiều : được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ 

-          Độ lớn :\(B_{M}=2.10^{-7}.\frac{I}{r}\)    Trong đó : B (T)  -  I (A)   - r (m)

3 - Từ trường của ống dây .

Giả sử cần xác định từ trường  tại tâm O của ống dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

-          Phương : song song với trục ống dây.

-          Chiều : được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ

-          Độ lớn :\(B_{M}=2.10^{-7}.\frac{NI}{r}\)    Trong đó : B (T)  -  I (A)   - l (m) – N số vòng dây.

B – Bài tập :

I/ Phương pháp .

1 - Để đơn giản trong quá trình làm bài tập và biểu diễn từ trường người ta quy ước như sau :

-             +   : có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn , chiều đi vào .

-               . : có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn , chiều đi ra .

-          Ví dụ :

2 – Phương pháp làm bài :

Giả sử bài toán yêu cầu xác định từ trường tổng hợp tại một điểm M do nhiều  cảm ứng từ ta làm như sau :

B1 : xác định từ tại M do từng cảm ứng từ gây ra :  \(\overrightarrow{B_{1}}\) , \(\overrightarrow{B_{2}}\) , ………

B2 : Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có :\(\overrightarrow{B_{M}}= \overrightarrow{B_{1}}+\overrightarrow{B_{2}} +...\)  

II / Bài tập vận dụng

Câu 1 : Hai dây dẩn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau 10cm trong không khí .  Dòng điện chạy trong 2 dây dẫn ngược chiều nhau và có \(I_{1}=10 A,I_{2}=20A\). Tìm cảm ứng từ tại :

1. Điểm A cách mỗi dây 5 cm.
2. Điểm B cách dây 1 đoạn 4 cm cách dây 2 đoạn 14 cm
3. Điểm M cách mỗi dây 10 cm.
4. Điểm N cách dây 1 đoạn 8 cm và cách dây 2 đoạn 6 cm .

Câu 2 : Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt trong không khí cách nhau 12 cm . Có\(I_{1}= 2 A,I_{2}= 4A\)  . Xác định những  vị trí có từ trường tổng hợp bằng không khi :

1. Hai dòng điện cùng chiều .
2. Hai dòng điện  ngược chiều.

Câu 3 : Cuộn dây tròn dẹt có 20 vòng , bán kính là 3.14 cm. Khi có dòng điện đi vào thì tại tâm của vòng dây xuất hiện từ trường là  B = \(2.10^{-3}\) T . Tính cường độ dòng điện trong ống dây.

Câu 4 : Một dây dẫn trong không khí được uốn thành vòng tròn . bán kính R = 0.1m có I = 3.2 A chạy qua . Mặt phẳng vòng dây trùng với mặt phẳng kinh tuyến từ . Tại tâm vòng dây treo một kim nam châm nhỏ . Tính góc quay của kim nam châm khi ngắt dòng điện .  Cho biết thành phần nằm ngang của cảm ứng từ trái đất có   \(B_{d} = 2.10^{-5} T\) .

Câu 5 : Sợi dây dẫn , đường kính dây d = 0.5mm, dòng điện đi qua I = 0.2 A, được cuốn thành ống dây dài . xác định cảm ứng từ tại tâm ống dây trong 2 trường hợp .

1. Ống dây có chiều dài 0.4m gồm 400 vòng dây.
2. Ống dây có các vòng dây cuốn sát với nhau và cách điện với nhau.

Câu 6 : Ba dòng điện cùng cường độ I₁= I₂ = I₃ = 10 A chạy trong ba dây dẫn thẳng dài vô hạn và song song với nhau đặt trong chân không. Mặt phẳng vuông góc với ba dây tạo thành tiết diện ngang là tam giác đều ABC, cạnh a=10 cm. Chiều các dòng điện cho ở hình vẽ. xác định cảm ứng từ tổng hợp tại M do 3 dây dẫn gây ra.

Câu 7 : Một Ống dây điện đặt trong không khí sao cho trục của nó vuông góc với mặt phẳng kinh tuyến từ . Cảm ứng từ trái đất có thành phần nằm ngang  \(B_{d} = 2.10^{-5} T\).  Trong ống dây có treo một kim nam châm . khi có dòng điện I = 2 mA chạy qua dây dẫn thì ta thấy kim nam châm lệch khỏi vị trí ban đầu 45 độ  . Biết ống dây dài 31.4cm và chỉ cuốn một lớp . Tìm số vòng dây của ống.