Trong bài này, HocThatGioi sẽ chia sẻ cho các bạn về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Bài viết sẽ giúp ta biết được cách giải dạng bài tập xác định lực từ do từ trường gây ra cho một đoạn dây mang dòng điện, và cũng sẽ có những bài tập giúp ta rèn luyện về dạng này tốt hơn. Bây giờ hãy cùng HocThatGioi đi vào bài học nào!
Đầu tiên chúng ta cần tìm hiểu về lực từ là gì?
Lực từ là lực của từ trường tác dụng lên một vật mang hạt điện tích chuyển động [khung dây, đoạn dây, vòng dây tròn có điện…]
Chú ý: Trong kiến thức phổ thông chúng ta chỉ xét đến lực từ trong trường hợp vật bị tác động bởi từ trường đều. Nên khi ta nhắc đến từ trường và lực từ đều được hiểu là từ trường đều và lực từ được sinh ra bởi từ tường đều.
Trong đó từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau, các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.
Giả sử đặt một đoạn dây dẫn mang dòng điện I [A] có chiều dài l vào trong một từ trường đều có cảm ứng từ B [Tesla] thì
Lực từ \vec{F} do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây có:
- Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây
- Phương: Vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
- Chiều: được xác định theo quy tắc bàn tay trái
- Độ lớn: được xác định theo công thức
Công thức tính độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây:
Công thức tính lực từ
F=I.B.l.sin \alpha
Trong đó:
F là độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây
B là độ lớn cảm ứng từ
l là chiều dài của đoạn dây
\alpha là góc hợp bởi \vec{B} và \vec{I}
Lưu ý: Khi đường sức và dòng điện cùng phương thì F=0
Khi đường sức và dòng điện vuông góc thì lực từ đạt giá trị cực đại F=F_{max}=I.B.l
Quy tắc bàn tay trái:
Quy tắc bàn tay trái được phát biểu như sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho chiều của các đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay. Và chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều của dòng điện. Khi đó ngón tay cái choãi ra 90^{\circ} chỉ chiều của lực F tác dụng lên đoạn dây dẫn.
Sau đây là ví dụ minh họa về dạng bài tính lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện
Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ \vec{B} [Hình 1] . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=0,75A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 0,8T
Đầu tiên ta cần xác định điểm đặt, phương, chiều và độ lớn của \vec{F} Ta có: Điểm đặt chính là trung điểm của đoạn dây
Phương vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
Dựa vào quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của \vec{F} như hình bên dưới Sau đó ta sẽ đi tính độ lớn của lực từ:
Ta có: 5cm=0,05m
Theo đề ta có \vec{B} vuông góc với \vec{I}
\to \alpha=90^{\circ} Ta có công thức tính độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây:
F=I.B.l.sin \alpha =0,75.0,8.0.05.sin[90]=0,03 N
Vậy lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn là F=0,03N và có chiều như hình vẽ dưới đây
Sau đây là những bài tập tương tự giúp các bạn rèn luyện thêm về dạng bài này:
Bài 1: Một đoạn dây dẫn dài 10cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 30^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=2A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 4.75 T
Bài 2: Một dòng điện có cường độ 2A nằm vuông góc với các đường sức của một điện trường đều. Cho biết lực từ tác dụng lên 20cm, của đoạn dây ấy là 0,04N. Độ lớn của cảm ứng từ là bào nhiêu?
Bài 3: Một đoạn dây dẫn dài 7,5cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 60^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=3,75A.Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 3,05 T.Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây.
Câu 4: Một dây dẫn mang dòng điện có cường độ 6A nằm vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Cảm ứng từ có độ lớn bằng 0,02T. Lực từ tác dụng lên 30cm chiều dài của dây dẫn có độ lớn bằng bao nhiêu?
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!
Bài viết khác liên quan đến Từ trường
Câu 1: Tròn các hình dưới đây, hình nào mô tả đúng phương và chiều của lực từ?
- B. [a] và [b].
- C. [a] và [c].
Câu 2: Muốn xác định chiều của lực điện từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt tại một điểm trong từ trường thì cần phải biết những yếu tố nào?
- A. Chiều của dòng điện trong dây dẫn và chiều dài của dây
- B. Chiều của đường sức từ và cường độ lực điện từ tại điểm đó
- D. Chiều và cường độ của dòng điện, chiều và cường độ của lực từ tại điểm đó
Câu 3: Trong các hình vẽ dưới đây, hình nào mô tả đúng quy tắc bàn tay trái để tìm chiều của lực từ?
Câu 4: Quy tắc bàn tay trái được xác định?
- A. Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào mu bàn tay, chiều từ cổ tay đến tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực điện từ.
- B. Đặt bàn tay trái sao cho chiều dòng điện đi vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến tay giữa hướng theo chiều các đường sức từ hướng thì ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực điện từ.
- C. Đặt bàn tay trái sao cho chiều dòng điện đi vào mu bàn tay, chiều từ cổ tay đến tay giữa hướng theo chiều các đường sức từ hướng thì ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực điện từ.
Câu 5: Chiều của các lực nào sau đây hợp với nhau theo quy tắc bàn tay trái?
- A. chiều của dòng điện, chiều của đường sức từ và chiều của dây dẫn.
- B. chiều của lực điện từ, chiều của đường sức từ và chiều của dây dẫn.
- C. chiều của lực điện từ, chiều của dòng điện và chiều của dây dẫn.
Câu 6: Nếu dây dẫn có phương song song với đường sức từ thì
- A. lực điện từ có giá trị cực đại so với các phương khá
- C. lực điện từ có giá trị phụ thuộc vào chiều của dòng điện trong dây dẫn.
- D. lực điện từ có giá trị phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện trong dây dẫn.
Câu 7: Chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn phụ thuộc vào:
- A. Chiều của dòng điện qua dây dẫn.
- B. Chiều đường sức từ qua dây dẫn.
- C. Chiều chuyển động của dây dẫn.
Câu 8: Đặt một dây dẫn thẳng ở phía trên, gần và song song với trục Bắc – Nam của một kim nam châm đang nằm yên trên một trục quay. Khi cho dòng điện không đổi chạy qua dây dẫn thẳng này thì kim nam châm
- A. liên tục quay đi rồi quay lại xung quanh vị trí nằm yên ban đầu.
- B. vẫn tiếp tục nằm yên như trước
- D. quay liên tục theo một chiều xác định.
Câu 9: Xác định câu nói đúng về tác dụng của từ trường lên đoạn dây dẫn có dòng điện.
- A. Một đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua, đặt trong từ trường và song song với đường sức từ thì có lực từ tác dụng lên nó.
- C. Một đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua, không đặt trong từ trường và cắt các đường sức từ thì có lực từ tác dụng lên nó.
- D. Một đoạn dây dẫn không có dòng điện chạy qua, đặt trong từ trường và cắt các đường sức từ thì có lực từ tác dụng lên nó.
Câu 10: Hãy chọn câu phát biểu sai trong các câu sau:
- A. Đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường và cắt các đường sức từ thì có lực điện từ tác dụng lên nó.
- C. Khung dây có dòng điện sẽ quay trong từ trường khi mặt phẳng khung đặt không vuông góc với các đường sức từ.
- D. Qui tắc bàn tay trái dùng để xác định chiều của lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường.
Câu 11: Khi dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua được đặt song song với các đường sức từ thì lực điện từ có hướng như thế nào?
- A. Cùng hướng với dòng điện
- B. Cùng hướng với đường sức từ
- C. Vuông góc với cả dây dẫn và đường sức từ
Câu 12: Để xác định chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn đặt trong từ trường có dòng điện chạy qua ta dùng quy tắc nào sau đây?
- B. Quy tắc nắm tay phải.
- C. Quy tắc nắm tay phải và quy tắc bàn tay trái.
- D. Quy tắc nắm tay trái.
Câu 13: Theo quy tắc bàn tay trái thì ngón tay cái choãi ra chỉ
- B. chiều của cực Bắc của kim nam châm đứng cân bằng trong từ trường.
- C. chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn.
- D. chiều của đường sức từ.
Câu 14: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường giữa hai nhánh của một nam châm hình chữ U. Khung dây sẽ quay đến vị trí nào thì dừng lại?
- A. Mặt khung dây song song với các đường sức từ
- C. Mặt khung dây tạo thành một góc $60^{0}$ với các đường sức từ
- D. Mặt khung dây tạo thành một góc $45^{0}$ với các đường sức từ
Câu 15: Dây dẫn có dòng điện chạy qua chịu tác dụng của lực điện từ khi
- B. dây dẫn đặt trong từ trường và song song với đường sức từ.
- C. dây dẫn đặt ngoài từ trường và song song với đường sức từ
- D. dây dẫn đặt ngoài từ trường và không song song với đường sức từ.
Câu 16: Nếu dây dẫn có phương vuông góc với đường sức từ thì
- A. lực điện từ có giá trị bằng 0.
- B. lực điện ltừ có giá trị không phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện trong dây dẫn.
- C. lực điện từ có giá trị phụ thuộc vào chiều của dòng điện trong dây dẫn.
Câu 17: Theo quy tắc bàn tay trái thì chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là
- A. chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn.
- B. chiều của đường sức từ.
- D. chiều quay của nam châm.
Câu 18: Trong quy tắc bàn tay trái, đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ
- A. hướng từ cổ tay đến các ngón tay.
- B. song song với lòng bàn tay.
- C. hướng theo chiều của ngón tay cái.